Лако-красочные материалы — производство

Наиболее распространенными свободнодисперсными системами являются порошки и суспензии. Измельченные руды, химическое сырье, многие полу­продукты, цемент, минеральные соли и удобрения, металлические порошки в порошковой металлургии, промежуточные материалы керамического про­изводства и т. д. — все это порошки и суспензии, которые получают различ­ными методами. Особенно разнообразны технологические методы получения металлических порошков, которые должны обладать заданным комплексом свойств (состав, удельная поверхность, форма частиц, текучесть, насыпная плотность, прессуемость и др.).

Промышленные методы получения порошков и суспензий делят на фи­зико-механические и физико-химические. К физико-механическим методам относятся дробление и измельчение твердых материалов и распыление жид­ких сред, т. е. диспергирование. В ходе осуществления этих методов хими­ческий состав материала не изменяется. При физико-химических методах получения порошков и суспензий химический состав материала изменяется. К таким методам получения металлических порошков относят восстановле­ние оксидов и других соединений металлов, электролиз водных растворов и расплавов солей, термическую диссоциацию и др. Выбор метода зависит •от природы материала, назначения порошка и экономических факторов.

Часто основной целью при физико-механических методах получения по­рошков или суспензий ставят достижение определенной дисперсности мате­риала, поэтому главное внимание уделяют облегчению его измельчения. Для этого применяют понизители твердости (эффект Ребиндера), а также проводят предварительную обработку материала. Например, для придания хрупкости титану и танталу их нагревают в атмосфере водорода и перево­дят в гидриды, которые после измельчения при нагревании в вакууме раз­лагаются до чистого металлического порошка.

При получении чешуйчатых порошков, которые вводят в состав кра­сок и пиротехнических средств, главное внимание обращают на выбор из­мельчающего аппарата. Обычно для этой цели используют шаровую мель­ницу. Шары расплющивают и прокатывают частицы пластических материа­лов, в частности металлов и сплавов (алюминий, бронза). Порошки с частицами сферической формы из тугоплавких металлов (вольфрам, молиб­ден, ниобий) получают в низкотемпературной плазме дугового и высокоча­стотного разряда. Проходя зону плазмы, частицы плавятся и округляютси под действием поверхностного натяжения, затем охлаждаются и затвердева­ют. Порошки с частицами сферической формы получают так же, проводя плавление частиц в среде инертных материалов. *

Методом распыления жидких сред можно получать аэрозоли, например при сжигаиин жидкого топлива в форсунках, а также порошки легкоплавких металлов и сплавов (свинец, олово, алюминий и др). Распыление можно проводить с помощью воздуха, газов, паров, а также во вращающихся турбинах и дисках.

Из физико-химических методов получения порошков и суспензий наи­более распространен метод осаждения из растворов. Этим методом (отно­сящимся к конденсационным) получают суспензии и порошки различных веществ. Сначала после осаждения в жидкой среде образуются суспензии, а после фильтрации и сушкн — порошки.

Осаждение может быть осуществлено путем упаривания или пониже­ния растворимости веществ. Растворимость можно уменьшить заменой (частичной) растворителя или переводом компонента в менее растворимое соединение с помощью различных химических реакций. К конденсационным химическим методам относится производство сажи и «белой сажи» (аэро­сила). Сажу получают сжиганием углеводородов до элементного углерода, а аэросил — сжиганием тетрахлорида кремния до SiOj. По обоим методам высокая дисперсность продуктов обеспечивается большой степенью пересыще­ния их паров.

Из физико-химических методов получения металлических порошков в промышленности широко используется также метод восстановления оксидов металлов с помощью природного газа, водорода, твердых восстановителей. Водород, как более дорогой реагент, применяется для трудновосстанавливае — мых оксидов вольфрама, молибдена, никеля, кобальта и др. Высокодисперс — иые порошки металлов и сплавов высокой степени чистоты получают электролизом водных растворов солей. Широкое распространение имеет производство высокодисперсных металлических порошков из карбоннлов Мх(СО)( — летучих соединений, образующихся при обработке металлов оксидом углерода при «200 атм и «200 °С. При нагревании карбонилы. испаряясь и разлагаясь, образуют мелкий металлический порошок (термиче-
екая диссоциация), а соприкасаясь с нагретой поверхностью, покрывают ее слоем металла.

Классическим примером получения гидрозолей является производство водных кремнезолей, или коллоидного кремнезема, который находит широкое применение. Метод основан на конденсации кремниевой кислоты при уве­личении кислотности раствора силиката. Образующиеся частицы могут иметь размеры от 5 до 100 нм и более. Методы получения гидрозолей, как правило, основаны на образовании мало растворимых в воде соединений с помощью реакций восстановления, окисления, гидролиза, обмена и других, например:

2HAuCU+3H202 — 2Au +8НС1+302

2H2S + S02 — 2H20 + 3S| Na2Si03 + H2S04 — H2Si03| +Na2S04

100 °С

FeCl3+3H20 ——- Fe(OH)31 +3HC1

AgN03+KI — Agl +KN03

Устойчивые золи получают в присутствии стабилизаторов, которые предохраняют частицы от слипания и осаждения.

Аэрозоли с жидкой дисперсной фазой—туманы (природные и промыш­ленные) — образуются из пересыщенного пара в результате понижения температуры парогазовой смеси или повышения ее давления. Повышение давления и образование пересыщенного пара может происходить вследствие химической реакции между газообразными веществами при их смешивании. Понижение температуры может быть вызвано смешиванием с холодным газом, соприкосновением с холодными поверхностями или адиабатическим расширением, при котором влияние температуры на степень пересыщения больше обратного эффекта, связанного с уменьшением давления. Обычно на практике изменение температуры и давления происходит одновременно.