Aluminotermie ( aluminotermie ; din lat. Aluminiu și termo greacă - căldură, căldură) - o metodă de obținere a metalelor , nemetalelor (precum și aliajelor ) prin reducerea oxizilor acestora cu aluminiu metalic . De exemplu, în cazul cromului :
2Al + Cr 2 O 3 \ u003d Al 2 O 3 + 2 CrÎn astfel de reacții, se eliberează o cantitate mare de căldură, iar temperatura amestecului poate ajunge la 3000 °C.
Metoda aluminotermiei a fost inventată de N. N. Beketov în 1859 și propusă pentru utilizare industrială de Hans Goldschmidtîn 1894.
În Uniunea Sovietică, aluminotermia cuptorului electric a fost larg răspândită. Aluminotermia este utilizată pentru a obține aliaje de aliaje cu conținut scăzut de carbon ale metalelor greu recuperabile - titan , niobiu , zirconiu , bor , crom etc., pentru sudarea șinelor și a pieselor de turnare din oțel; pentru a obtine corindon refractar - termita. În funcție de metodă, se disting aluminotermia cuptorului și aluminotermia în afara cuptorului.
Reacția aluminotermă se explică prin faptul că dintre mai multe reacții chimice posibile , de regulă, are loc reacția în care se eliberează cea mai mare cantitate de căldură . În timpul oxidării aluminiului cu oxigen în Al₂O₃ , se eliberează aproximativ 30 kJ/mol, ceea ce depășește căldura de ardere (oxidare) a altor metale.
În practică, pentru ca reacția de reducere a oxidului de aluminiu să aibă loc, sunt necesare și anumite condiții. De exemplu, pentru a obține un rezultat satisfăcător, este necesar să se adauge substanțe care provoacă o creștere a reacției, sau să se adauge fluxuri , cum ar fi spatul fluor de CaF₂ , sau topirea oxizilor reductibili cu metale energetice sau, ca în reducerea cromului, adăugați săruri de acid cromic . Se adaugă și sarea Bertolet KClO₃ pentru a accelera reacția (la obținerea B, Be, Cr, Se, Ti, Th). De mare importanță pentru desfășurarea corectă a reacției este alegerea oxidului metalic adecvat și a cantității acestuia: MnO₂ , de exemplu, reacționează cu aluminiul foarte puternic, MnO prea slab; Reacția de reducere a manganului din oxizii săi are loc cel mai bine cu un amestec al ambilor oxizi.
Reacțiile aluminoterme au loc cu eliberarea unei cantități mari de căldură, temperatura de reacție poate ajunge la 3000 °, iar metalul topit redus este încălzit la căldură albă, în timp ce zgura de alumină topită plutește spre vârf.
Un amestec de oxid de metal cu aluminiu în proporția necesară pentru ca reacția de reducere să se desfășoare se numește termită . În funcție de denumirea oxidului metalic inclus în amestec, termitele sunt fier, crom, mangan etc.
Pentru a provoca o reacție, amestecul de termită trebuie mai întâi aprins. Acest lucru se realizează prin arderea unei cantități mici dintr-un amestec incendiar foarte inflamabil, cum ar fi pulberea de aluminiu cu peroxid de bariu .
Aluminotermia face posibilă obținerea de metale și metaloizi greu de recuperat, precum crom , mangan , beriliu , bor , în cantități semnificative și în formă relativ pură.
Din termita de fier, adică un amestec de oxid de fier cu aluminiu, se obține fier maleabil cu emisii scăzute de carbon - fier de termită . Reacția corespunzătoare este efectuată în creuzete speciale de fier căptușite cu magnezit . Fierul topit se adună în partea inferioară a creuzetului, iar deasupra plutesc zguri formate din alumină aproape pură. Din 1 kg de termită de fier se obține aproximativ ½ kg de fier.
Termita este folosită pentru sudarea șinelor, țevilor de oțel, structurilor metalice.
Amestecul (din materiale sub formă de pulbere) se toarnă în axul de topire sau creuzet și se aprinde cu ajutorul amestecului de aprindere. Există două moduri de a produce turnare de fier termită din creuzete:
Reacția termitei de fier, pe lângă producția de feroaliaje și oțeluri speciale , este utilizată și pentru sudarea produselor din fier și oțel. În acest caz, se folosește adesea doar o temperatură ridicată a reacției termice, în timp ce fierul termic obținut în timpul acestui proces nu participă la sudarea în sine. În acest caz, capetele care urmează a fi sudate sunt curățate, atrase între ele cap la cap cu ajutorul unui aparat special de prindere, îmbinarea este înconjurată de o formă de material refractar, în care se află apoi masa topită de termită. turnat dintr-un creuzet special. Acesta din urmă, în decursul unei perioade de timp precis cunoscute, reușește să încălzească îmbinarea la temperatura necesară pentru sudare, după care este suficient să strângeți puțin piulițele aparatului de prindere pentru a determina presiunea capetelor să fie. sudate unele pe altele necesare pentru sudarea fiabilă. La sfârșitul sudării, aparatul este demontat, iar masa de termită sudată în jurul îmbinării este îndepărtată.
O altă metodă de sudare cu termita de fier se bazează, de asemenea, pe utilizarea fierului foarte încălzit, moale, cu emisii reduse de carbon redus prin aluminotermie. În acest caz, masa de termită topită este fie turnată din creuzete speciale, fie coborâtă din creuzete în formă de pâlnie (automate) într-o formă de masă refractară situată direct sub creuzet.
Dacă, în timpul reducerii, se dezvoltă o temperatură peste 1900 ° C, atunci se efectuează aluminotermia în afara cuptorului, fără alimentare de căldură din exterior. Un astfel de proces se desfășoară cu o viteză mare, metalul rezultat și zgura sunt bine separate. Dacă se degajă căldură insuficientă, se introduce un aditiv de preîncălzire în încărcătură sau se realizează topirea în cuptoare cu arc (aluminotermie a cuptorului electric).