Плазменные процессы СВЧ-энергетики получения оксидных материалов
Широко применяются в различных технических областях и технологиях оксидные материалы. В ядерной энергетике активно используются в качестве топлива оксиды урана, плутония и тория. Оксид циркония применяется в качестве основного материала в производстве огнеупоров. Оксиды редкоземельных элементов нашли применение в электронике в качестве полирующих порошков. Оксидные композиции на основе иттрия и висмута с различными добавками очень перспективны как сверхпроводники. В качестве термостойких и электроизоляционных материалов в электронике применяется оксид магния. Особенно перспективна плазменная СВЧ-энергетика в решении проблем, связанных с синтезом тонкодисперсных оксидов особой чистоты. Возможности именно этой технологии позволяют получать чистую плазму.
Получение оксидов традиционными методами
Традиционные методы получения оксидов включают в себя операции химического осаждения, сушки, прокалки. И здесь хорошие перспективы имеет применение плазмохимических технологий, при которых радикально меняется технологический процесс. Появляется возможность получения оксидных материалов из первичных продуктов гидрометаллургических производств, значительно сокращается расход химических реагентов, возникают научнопрогнозируемые возможности регулирования качества материалов и их физико-химических свойств, а также сводятся к минимуму вредные воздействия на биосферу.
Некоторые плазменные процессы СВЧ-энергетики получения дисперсных оксидных материалов из различных видов сырья вообще не имеют отходов.
Получение оксидных материалов термическим разложением азотнокислых растворов в плазме
Процесс разложения азотнокислого раствора может быть осуществлен в системе, основными элементами которой являются:
- Источник электропитания плазмотрона СВЧ-энергетики ;
- Плазмотрон, в котором поток химически совместимого с раствором газа превращается в поток плазмы с низкой температурой;
- Плазменный реактор, где смешиваются потоки плазмы и раствора и происходит разложение соли;
- Сепаратор, в котором разделяется дисперсная и газовая фазы на два потока: дисперсный оксидный материал, являющийся целевым продуктом, и газ, содержащий оксид азота, водяной пар и кислород;
- Конденсатор-абсорбер. В конденсаторе принудительно конденсируется водяной пар и происходит частичная абсорбция оксидов азота; в абсорбере образуется азотная кислота, которая в качестве побочного продукта выводится из установки.
Химический состав оксидного материала, его физический свойства, степень регенерации азотной кислоты и прочие характеристики зависят от режима обработки раствора в плазме СВЧ-энергетики и могут быть смоделированы. Система уравнений, описывающих процесс, включает уравнения движения, неразрывности, сохранения массы, энергии-импульса, уравнения физической и химической кинетики, соотношения для расчетов коэффициентов тепло- и массообмена, аэродинамическое сопротивление, разнообразие корреляции для расчета теплофизических свойств и тому подобное. Решив эту систему, можно определить эволюцию капель раствора по пространственно-временной координате реактора: изменение температуры и скорости теплоносителя, капель и частиц, радиуса последних, их состав и так далее.
Плазменная СВЧ-энергетика в производстве оксида урана
В ядерной энергетике важная роль отведена оксиду урана. В процессе производства и регенерации ядерного горючего одной из основных операций является выделение оксидов урана из азотнокислых растворов, которые образуются при экстракционном отделении урана от плутония и продуктов деления.
Результаты моделирования разложения раствора нитрата уранила в процессе его монодисперсного распыления в воздушно-плазменном теплоносителе показывают зависимости, позволяющие в заданном режиме работы определить длину реактора, при которой получается продукт заданного химического состава, конечную температуру частиц и теплоносителя, скорости газовой и дисперсной фаз, диаметр конечных частиц в предположении, что не происходит вторичного и последующего дробления. Также определяется необходимое для обработки время.
Расчеты показывают, что с ростом начальной скорости капель и их размера длина участка испарения увеличивается. В то же время, уменьшение общей длины прохождения реакции можно достичь через увеличение начальной температуры теплоносителя, но это сказывается на экономичности процесса.
Получение высокотемпературных сверхпроводников с помощью плазменной СВЧ энергетики
Одним из примеров получения оксидов из нитратов является получение высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП). В промышленной реализации электросиловых систем, в основе которых высокотемпературная проводимость, лучшие результаты получены методом «порошок в трубке». Он заключается в том, что исходные оксиды или исходный ВТСП-порошок загружаются в тонкостенную серебряную трубку, компактируются и подвергаются холодной обработке: протягиванию сквозь фильтры и прокатке. После чего изделие (круглый провод или плоская лента) подлежит термообработке в среде кислорода.
Низкие механические прочность и пластичность керамики, в отличие от физико-механических свойств серебра, ведут к появлению дефектов провода в виде трещин и разрывов. Поэтому значительно продвинуться вперед в технологии изготовления ВТСП-проводов возможно только с применением ВТСП-керамики высокого качества. Методы термического разложения нитратных растворов в плазме позволяют получить высокооднородные дешевые порошки для выпуска проводов керамики высокого качества.
Использование плазмохимических порошков
Опыты показали, что плазмохимические порошки имеют повышенную активность. Холодная прокатка сверхпроводящих плазмохимических порошков в никелевых и медных оболочках позволяет получить ленточные проводники длиной до полуметра. Горячее изостатическое прессование плазмохимических порошков дает массивные токовводы из высокоплотного стабильного по кислороду материала с температурами, близкими к значениям нестабильных сверхпроводящих фаз.
Также отработаны технологии изготовления магнитных экранов и магнетронных и лазерных мишеней путем одноосного и импульсного прессования.
В электромеханической промышленности особый интерес проявляется к оксиду магния. В основном процесс получения оксида магния заключается в переработке азотнокислого раствора и расплава нитрата магния в плазме с получением оксида магния требуемого качества и раствора азотной кислоты, которая возвращается в начало процесса на стадию растворения исходного сырья – каустического магнезита.
Наши контакты
Раб. тел/факс: (812) 493-20-71
Электронная почта: info@vritm.ru
Открыть контакты и реквизиты компании
