Труды КНЦ (Технические науки вып.2/2023(14))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 2. С. 140-144. Transactions of the Коіа Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 2. P. 140-144. Наряду с магнием возможно использование в качестве восстановителя для оксидных соединений кальция или его паров. В работах [8-10] восстанавливали пентаоксид ниобия жидким кальцием в расплаве СаСІ 2 в ниобиевом тигле в атмосфере аргона при температуре 880-950 °С в течение 0,28-20 ч [8-10]. Полученные порошки состояли из первичных частиц размером менее 1 мкм сферической формы, соединённых в кораллоподобные частицы. Удельная поверхность порошков 1,5 м2 г-1; содержание кислорода и кальция соответственно 0,8 (5,5 мгм -2) и 0,16 мас. % [9]. При восстановлении реагентов, загруженных послойно различным образом, частицы порошков имели кораллоподобную или разветвлённую (branch) структуру [10], содержание кислорода в них составило 0,5—1,1 мас. %. В данной работе исследованы характеристики порошков, полученных восстановлением пентаоксида ниобия и ниобата Mg 4 Nb 2 0 9 парами кальция в соответствии с реакциями: Nb 2 0 5 (T) + 5Са(г) = 2Nb (Т) + 5СаО(т), (1) Mg 4 Nb 2 0 9 (T) + 5Са(г) = 2Nb(T) + 4MgO(T) + 5СаО(т). (2) Материалы и методы Исходными материалами для восстановления служили порошки Nb2O5 производства ОАО «Соликамский магниевый завод» с удельной поверхностью 2,6 м2 г-1, ниобата Mg4Nb2O9 с удельной поверхностью 0,5 м2 г-1, синтезированного методом твердофазного спекания при 1300 °С, а также ниобата, дополнительно измельченного в шаровой мельнице до удельной поверхности 11 м2 г-1. Рассчитанный по величине удельной поверхности средний размер частиц Nb2O5 и Mg4Nb2O9 составил 0,50, 2,8 и 0,13 мкм соответственно. В качестве восстановителя использовали переплавленную в слиток стружку кальция производства АО «Чепецкий механический завод» (ТУ 95 824-88). Восстановление проводили в герметичной реторте-реакторе из нержавеющей стали с крышкой, снабжённой рубашкой водяного охлаждения и оборудованной патрубками подключения вакуумной системы и ввода термопары. Навеску исходного материала 2 (Nb2O5) или 3 (Mg4Nb2O9) г помещали в ниобиевый контейнер (высота загрузки примерно 1 мм), который располагали в стальном реакционном стакане над ёмкостью с кальцием. Процесс вели при 750-850 °С в течение 1-6 ч при остаточном давлении 10 Па и непрерывном вакуумировании. Схема экспериментальной установки, подробное описание методик восстановления, последующей обработки реакционной массы и анализа полученных порошков изложены в работе [11]. Результаты и их обсуждение Изменение удельной поверхности полученных порошков (5) в зависимости от температуры восстановления и времени выдержки (t) приведено на рис. 1. а б Рис. 1. Зависимость удельной поверхности порошков ниобия от температуры и длительности выдержки: а — Nb 2 O 5 ; б — Mg 4 Nb 2 O 9 (размер частиц 2,8 мкм). Температура восстановления, °С: 1 — 750; 2 — 800; 3 — 850 Видно, что при восстановлении пентаоксида Nb существенное влияние на удельную поверхность порошка оказало увеличение температуры восстановления с 750 до 800 °С (см. рис. 1, а, зависимости 1, 2). Наблюдаемый эффект, главным образом, является следствием ускорения диффузионных процессов с ростом температуры, а не локальным перегревом в зоне реакции. Это подтверждается тем, что © Орлов В. М., Крыжанов М. В., 2023 141