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

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 2. С. 33-40. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 2. P. 33-40. in the material, and the formation of hydroxyl groups on the surface of zirconium particles, which is accompanied by the destruction of aggregates and their disintegration into individual particles. Treatment with sodium hydroxide solution of different concentration demonstrates no significant changes in chemical composition of particles surface layers and makes it possible to maintain the main physical and chemical characteristics of zirconium powder. Samples of zirconium powder were studied by scanning electron microscopy, X-ray spectral microanalysis. The content of total and active zirconium, the value of the specific surface area of the powders was determined. Their sensitivity to friction and electric spark is evaluated. Keywords: zirconium powder, long-term storage, particles aggregation, lumpy material, particles disaggregation method, sensitivity to external effects For citation: _____________ Study of aggregation and disaggregation processes of highly dispersed zirconium powder particles / |P. G. Berezhkol [et al.] // Transactions of the Коіа Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 2. P. 33-40. doi:10.37614/2949-1215.2023.14.2.005 Введение Хорошо известно, что сухие высокодисперсные порошки металлического циркония легко воспламеняются на воздухе, поэтому их хранение и перевозка осуществляются во влажном состоянии. В то же время, при длительном хранении влажного натриетермического порошка циркония, в определенных условиях может протекать процесс агрегирования частиц, который приводит к переходу порошка в твердый комковидный материал, не обладающий сыпучестью, что ограничивает его применение. Цель настоящей работы состояла в установлении вероятных причин, приводящих к агрегированию частиц порошков циркония при длительном хранении, и оценке возможности перевода комковидного материала в исходное порошкообразное состояние с сохранением его основных физико-химических свойств. Теоретическая часть Для установления вероятных причин, приводящих к агрегированию частиц порошков циркония при длительном хранении, был проведен анализ технологического процесса получения натриетермического порошка [1-5], а также известных данных о химических свойствах циркония и его соединений. В основе схемы получения порошка натриетермического циркония (см., например, [5, 6]) лежит реакция гексафторцирконата калия с металлическим натрием: K 2 ZrF 6 + 4Na ^ Zr + 2KF + 4NaF. Выделяющегося при реакции тепла недостаточно, поэтому восстановление проводят с внешним подогревом до (700-800) °С. С целью получения при этой температуре солевых продуктов реакции в жидком состоянии, предварительно смешивают гексафторцирконат калия с эквимолярной смесью NaCl + KCl в массовом соотношении 3 : 1 [6]. После окончания стадии восстановления циркония охлажденную реакционную массу (плав) подвергают дроблению и измельчению, а затем порошок металла отмывают от солей— продуктов реакции, сначала водой, а затем разбавленной соляной кислотой [5, 6]. Далее с целью удаления остатков кислоты порошок снова промывают водой до нейтральной реакции среды. Согласно [1], порошок натриетермического циркония обладает высокой дисперсностью— размер частиц мелкой фракции составляет (0,1—0,2) мкм. Поверхность частиц порошка рыхлая и шероховатая, а поверхностный оксидный слой частиц состоит из диоксида и гидроксида циркония [1]. Принято считать, что поверхностная пленка на частицах формируется на конечной стадии получения порошка, например, при его промывке водой на воздухе, в основном, по реакциям: Zr + O 2 ^ ZrO 2 , 2Zr + 4 H 2 O ^ 2ZrO2 + 4 H 2 T, Zr + ЗН 2 О -> О—а< +2Щ . Таким образом, поверхностный оксидный слой содержит атомы циркония (ГѴ), которые образуют химические связи ;Zr = 0 , /г 0,1 , Zr—ОН- ? чОН Характерными свойствами водных растворов соединений циркония являются [7-12]: 1) интенсивный гидролиз соединений циркония при взаимодействии с водой; 2) образование полимерных ионов циркония © Бережко П. Г., Забродина О. Ю., Царев М. В., Мокрушин В. В., Царева И. А., Канунов А. Е., Кашафдинов И. Ф., Коршунов К. В., Ивашов А. Э., Пичугина С. А., 2023 34