ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСИОННОЙ СРЕДЫ НА ПРОЦЕССЫ МЕХАНОХИМИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА

  • Ekaterina S. Zhuchko Университет Эдинбурга
  • Aleksandr A. Il'in Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Ruslan N. Rumyantsev Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Maksim A. Lapshin Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Il'ya S. Grishin Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Anzhelika V. Volkova Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Aleksandr P. Ilyin Ивановский государственный химико-технологический университет
Ключевые слова: оксиды железа, механохимическое окисление, порошок железа, порошок чугуна, фазовый состав

Аннотация

В теоретической части работы выполнен обзор способов получения оксидов железа, в частности, рассмотрены особенности методов осаждения из растворов, термического разложения солей железа и механохимического синтеза. В экспериментальной части работы с помощью методов рентгенофазового, рентгеноструктурного и синхронного термического анализа, мессбауэровской и ИК-спектроскопии, а также комплекса химических методов исследован процесс механохимического окисления крупнодисперсных порошков железа и чугуна. Показана возможность получения оксидов железа различного состава путем механической активации порошка железа марки ПЖР и чугуна марки СЧ 12-28 в ролико-кольцевой вибрационной мельнице в среде технического кислорода, парокислородной смеси с соотношением пар:газ=0,45, воды и растворов щавелевой кислоты концентрацией 5-30%. В работе приведены данные по фазовому составу получаемых продуктов на стадиях механической активации и термической обработки. Определены оптимальные параметры технологических процессов: время механической активации, температура и длительность термической обработки. Установлено влияние состава жидкой и газовой фаз на скорость и степень превращения железосодержащих порошков в оксиды. Проведен сравнительный анализ различных вариантов технологического процесса, на основе которого сделан вывод, что наиболее эффективным окислителем металлических порошков является 25%-ная щавелевая кислота. Использование этого окислителя позволяет, изменяя температуру термообработки от 240 до 450 °С, получать анионно-модифицированные оксиды железа с площадью поверхности от 70 до 120 м2/г, что на порядок выше, чем у оксидов, полученных по промышленной технологии, основанной на методах осаждения и термического разложения солей.

Для цитирования:

Жучко Е.С., Ильин А.А., Румянцев Р.Н., Лапшин М.А., Гришин И.C., Волкова А.В., Ильин А.П. Влияние дисперсионной среды на процессы механохимического окисления железа. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2017. Т. 60. Вып. 9. С. 61-75

Литература

Ni L.P., Gol'dman M.M., Solenko T.V. Bunchuk L.V., Haljapina O.B. Iron oxides in the production of alumina. Alma-Ata: Nauka. 1971. 128 p. (in Russian).

Chaly V.P. Metal hydroxide. The regularities of formation, composition, structure and properties. Kiev: Nauk. Dumka. 1972. 153 p. (in Russian).

Loboyiko A.Ya., Mikhaiylova E.A., Markova N.B., Butenko A.N., Vorozhbiyan M.I., Sincheskul A.L., Garmash B.K. The history, problems and prospects of the iron-chromium carbon monoxide conversion catalyst (II). Voprosy khimii i khimich-eskoiy tekhnologii. 2009. N 6. P. 116-127 (in Russian).

Ilyin A.P., Smirnov N.N., Il'in A.A. Development of catalysts for the process of medium-temperature conversion of carbon monoxide in the production of ammonia. Ros. khim. Zhurn. (Zh. Ros. khim. ob-va im. D.I. Mendeleeva). 2006. V. L. N 3. P. 84-93 (in Russian).

Kolesnikov I.M. Catalysis and production of catalysts. M.: Tekhnika. 2004. 400 p. (in Russian).

Daou T.J. Synthèse et fonctionnalisation de nanoparticules d’oxydes de fer magnétiques. Diss. Strasbourg, Université Louis Pas-teur. 2007. 238 p.

Schwertmann U., Cornell R.M. Iron oxides in the laboratory: preparation and characterization. Wiley-VCH. 2000. 210 p.

Shabanova N.A., Popov V.V., Sarkisov P.D. Chemistry and technology of nanodispersed oxides. M.: IKC Akademkniga. 2007. 309 p. (in Russian).

Shabanova H.A. Sarkisov P.D. Fundamentals of sol-gel nanoscale silica technology. M.: IKC Akademkniga. 2004.

p. (in Russian).

Turenskaya E.P., Yanovskaya M.I., Turova N.Ya. Preparation of oxide materials from metal alkoxides. Inorganic Materials. 2000. V. 36. N 3. P. 260–270. DOI: 10.1007/BF02757931.

Rodionov Yu.M., Slyusarenko E.M., Lunin V.V. Prospects in the application of alkoxo-technology in heterogeneous catalysis. Russ Chem. Rev. 1996. V. 65. N 9. P. 797–811. DOI: 10.1070/RC1996v065n09ABEH000235.

Turova N.Ya., Yanovskaya M.I. Oxide materials based on metal alkoxides. Neorganicheskie materialy. 1983. V. 19.

N 5. P. 693-706 (in Russian).

Pribylov K.P., Mel'nichenko G.A. Study of thermal transformations of FeC2O4·2H2O. Neorganicheskaya Khimija. 1983. V. 28. N 3. P. 790-794 (in Russian).

Riggs W.M., Bricker C.E. Thermal decomposition of iron(III) oxalates. J. Inorg. Nuclear Chem.1971. V. 33. N 6. P. 1635-1647. DOI: 10.1016/0022-1902(71)80599-7.

Rumyantsev R.N., Il’in A.A., Ilyin A.P., Zhukov A.B., Mezenceva A.A. Mechanochemical synthesis and thermal decomposi-tion of iron (II) oxalate. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2014. V. 57. N 7. P. 80-84 (in Russian).

Rukin V.V., Ryumina L.V., Fofanov A.A., Akimenko V.B., Manegin Ju.V., Blazhene L.V., Kulenis A.A. Method for ob-taining magnetite. Pat. RF N 2039708.1995 (in Russian).

Ivanov V.K., Baranov A.N., Oleiynikov N.N., Tret'yakov Ju.D. Synthesis of Ferric Oxide with Controlled Surface Fractal Dimension. Zhurn. Neorg. Khim. 2002. V. 47. N 12. P. 1925-1929 (in Russian).

Kulikov F.A., Murav'eva G.P., Il'inskii A.L., Il'inskij A.L., Olejnikov N.N., Tret'jakov Ju.D. Microwave Synthesis of γ-Fe2O3. Inorganic Materials. 2003. V. 39. N 10. P. 1074-1075. DOI:10.1023/A:1026047310833.

Khabarov Yu.G., Babkin I.M. Method of producing iron oxide. Pat. RF N 2489358. 2013. Bull. 22 (in Russian).

Komova Z.V., Kalinchenko F.V., Korobka N.S. Derkach V.K., Polosina L.V., Kalinevich A Yu., Danilova L.G., Shikhale-ev A.E., Pantaz'ev G.I., Kubrak L.P. Iron-chromium catalyst preparation method. Pat. RF N2275963. 2005. Bull. 13 (in Rus-sian).

Andreeva N.A., Gorbacheva N.B., Semenova G.A. Catalyst for steam conversion of carbon monoxide. Pat. RF

N 2059430. 1996 (in Russian).

Sharkina V.I., Seregina L.K., Gorozhankin E.V. Method of preparing a catalyst for medium-temperature conversion of carbon monoxide with steam. Pat. RF N 2157731. 2000. Bull. 29 (in Russian).

Ilyin A.P., Smirnov N.N., Il'in A.A. Method of preparing catalyst for median-temperature carbon monoxidewater steam conver-sion. Pat. RF N 2254922. 2005. Bull. 18 (in Russian).

Pantaziev G.L., Lysytsya A.Z., Derkach V.K. Installation for production of iron-chromium catalyst. Pat. N 15016 UA. 1997.

Setterfild Ch. The practical course of heterogeneous catalysis. M.: Mir. 1984. 520 p. (in Russian).

Kostrov V.V., Morozov L.N. Development of catalysts for the processes of steam conversion of carbon monoxide and the syn-thesis of methanol. In book: Scientific foundations for the preparation of catalysts. The creative heritage and further development of the works of Professor I.P. Kirillov. Ed. A.P. Ilyin. Ivanovo: ISUCT. 2008. P. 7-16 (in Russian).

Yur'eva T.M., Demeshkina M.P., Khasin A.A., Minyukova T.P., Plyasova L.M., Baronskaya N.A., Lebedeva M.V., Rez-nichenko I.D., Volchatov L.G., Bocharov A.P., Tselyutina M.I., Posokhova O.M., Andreeva T.I. Catalyst of the steam con-version of carbon monoxide, method of its preparation and the method of its usage. Pat. RF N2314870. 2008. Bull. 2 (in Russian).

Komova Z.V., Tagintsev B.G., Semenova T.A. Catalyst for conversion of carbon monoxide. A.C N 1482721 USSR. 1989 (in Russian).

Uord E.J., Ehkson SA, Mjurrej P.D. High-temperature spinel-based shift reaction catalysts. Pat. RF N 2305006. 2005. Bull. 24 (in Russian).

Denisov A.A., Zhidkov B.A., Prygunov A.S. Catalyst for the conversion of carbon monoxide by steam. A.C N 341518 USSR. 1985 (in Russian).

Konka E., Rubini K., Petrini G. Method of production of the ferric oxides. Pat.RF N2318730. 2008. Bull. 7 (in Russian).

Kolpakova K.E., Sklokin L.I. Preparation of high-purity iron oxide from technogenic raw materials by the method of liquid ex-traction. Khim. Tehhnol. 2001. N 11. P. 20-26 (in Russian).

Minyukova T.P. Physico-chemical basis for regulating the catalytic properties of catalysts based on Cu and Fe-containing oxide compounds for the synthesis and dehydrogenation of methanol and steam conversion of CO. Dissertation for doctor degree on chemical sciences. Novosibirsk: BIC SB RAS. 2014. 278 p. (in Russian).

Khassin A.A., Minyukova T.P., Plyasova L.M., Filonenko G.A., Yurieva T.M. Catalysts Based on the Nanodispersed Meta-stable Iron Oxyhydroxide, 2-Line Ferrihydrite. In «Advances in Nanotechnology». V. 2. (Z. Bartul and J. Trenor Eds.). New York: Nova Science Publishers. 2010. Р. 347-363.

Chukhrov F.V., Zvyagin B.B., Gorshkov A.I., Ermilova L.P., Balashova V.V. About ferrihydrite. Int. Geol. Rev. 1974. V. 16. P. 1131-1143.

Yu J. Y., Park M., Kim J. Solubilities of synthetic schwertmannite and ferrihydrite. Geochem. J. 2002. V. 36. N 2.

P. 119-132.

Jambor J.L., Dutrizac J.E. Occurrence and constitution of natural and synthetic ferrihydrite, a widespread iron oxyhydroxide. Chem. Rev. 1998. V. 98. P. 2549-2585.

Cornell R.M., Schwertmann U. The iron oxides: structure, properties, reactions, occurrences and uses. John Wiley & Sons. 2003. 694 p. DOI: 10.1002/3527602097.

Emel'yanov D.A., Korolev K.G., Mikhaiylenko M.A., Knot'ko A.V., Oleiynikov N.N., Tret'yakov Yu.D., Boldyrev V.V. Mechanochemical synthesis of Wüstite, Fe1-xO, in high-energy apparatuses. Inorganic Materials. 2004. V. 40. N 6. P. 632-635.

Lomaeva S.F., Maratkanova A.N., Nemtsova O.M., Chulkina A.A., Elsukov E.P. Mechanoactivation of iron in the presence of water. Khimija v interesakh ustoiychivogo razvityja. 2007. N 1-2. P. 103–109 (in Russian).

Il'in A.A., Rumyantsev R.N., Ilyn A.P., Smirnov N.N. Low-temperature oxidation of iron during its mechanical activation. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2011. V. 54. N 1. P. 103-107 (in Russian).

Rumyantsev R.N., Il'in A.A., Ilyin A.P., Pankratovа S.P. Mechano-chemical synthesis of iron oxide from cast iron scrap. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2011. V. 54. N 3. P. 50-53 (in Russian).

Rumyantsev R.N., Il’in A.A., Ilyin A.P. Mechanochemical synthesis of iron oxide by means of interaction of metal powders with water. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2013. V. 56. N 6. P. 45-49 (in Russian).

Avvakumov E.G., Senna M., Kosova N.V. Soft mechanochemical synthesis: a basis for new chemical technologies. Boston: Kluwer Acad. Publ. 2001. 218 p.

Il’in A.A., Smirnov N.N., Rumyantsev R.N., Ivanova T.V. Mechanochemical Synthesis of Zinc Oxides with the Use of Liquid and Gaseous Media. Russ. J. Appl. Chem. 2014. V. 87. N 10. P. 1412-1416. DOI: 10.1134/S1070427214100036.

Kreshkov A.P. Fundamentals of Analytical Chemistry. M.: Khimiya. 1976. V. 2. 262 p. (in Russian).

Nemtsova O.M. The method of extraction of subspectra with appreciably different values of hyperfine interaction parameters from mössbauer spectra. Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 2006. V. 244. N 2. Р. 501-507.

Heegn H. Change in the properties of solids during mechanical activation and fine comminution. Izv. Sib. Otd. Akad. Nauk SSSR, Ser. Khim. Nauk. 1988. V. 2. N 1. P. 3-9 (in Russian).

Kadyanichiv A.Yu., Kalinichenko F.V., Danilova L.G., Kubak L.P., Dovganyuk V.F. A method of preparing a carbon mon-oxide vapor conversion catalyst and a carbon oxide vapor conversion catalyst. Pat. RF N 2318730. 2001. Bull. 20 (in Russian).

Diagrams of the state of double metal systems. Under the Society. Ed. Lyakisheva N.P. M.: Mashinostroenie. 1997. V. 2. 1024 p. (in Russian).

Vol A.E. The structure and properties of binary metal systems. M.: Nauka. 1962. V. 2. 982 p. (in Russian).

Arkharov V.I. On the nature of temper brittleness of steel. Dokl. AN SSSR. 1945. V. 50. P. 293–294 (in Russian).

Gudremon Je.A. Special steels. M.: Metallurgija. 1966. 540 p. (in Russian).

Ainslie N.G., Phillips V.A., Turnbull D. Sulfur segregation at α-iron grain boundaries—II. Acta Metallurgica. 1960. V. 8. N 8. P. 528-538. DOI: 10.1016/0001-6160(60)90106-1.

Oh Sei J., Cook D.C., Townsend H.E. Characterization of iron oxides commonly formed as coprrosion products on steel. Hy-perfine Interactions. 2004. V. 112. N 1. P. 59- 65. DOI: 10.1023/A:1011076308501.

The chemical application of Mossbauer spectroscopy. Ed. V.I. Gol'danskiy. M.: Mir. 1970. 502 p. (in Russian).

Shabashov V.A., Litvinov A.V., Mukoseev A.G., Sagaradze V.V., Vil'danov N.F. Deformation-induced phase transitions in the iron oxide-metal system. Physics of Metals and Metallography. 2004. V. 98. N 6. P. 580-595.

Grosvenor A.P., Kobe B.A., Biesinger M.C., McIntyre N.S. Investigation of multiplet splitting of Fe 2p XPS spectra and bond-ing in iron compounds. Surf. Interface Anal. 2004. N 36. P. 1564-1574. DOI: 10.1002/sia.1984.

Surface analysis by Auger and X-ray photoelectron spectroscopy. Ed. by D. Briggs and M. Siha. M.: Mir. 1987. 600 p. (in Rus-sian).

Cherdyntsev V.V., Kaloshkin S.D., Tomilin I.A. Interaction of Iron Powder with Oxygen of Air upon Mechanical Alloying. Physics of Metals and Metallography. 1998. V. 86. N 6. P. 585-589.

Опубликован
2017-10-23
Как цитировать
Zhuchko, E. S., Il’in, A. A., Rumyantsev, R. N., Lapshin, M. A., Grishin, I. S., Volkova, A. V., & Ilyin, A. P. (2017). ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСИОННОЙ СРЕДЫ НА ПРОЦЕССЫ МЕХАНОХИМИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 60(9), 61-75. https://doi.org/10.6060/tcct.2017609.5678
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)