Aluminotermia ( aluminotermia ; latinasta Alumiini ja kreikkalainen termi - lämpö, lämpö) - menetelmä metallien , ei-metallien (samoin kuin metalliseosten ) saamiseksi pelkistämällä niiden oksideja metallisella alumiinilla . Esimerkiksi kromin tapauksessa :
2Al + Cr 2 O 3 \ u003d Al 2 O 3 + 2 KrTällaisissa reaktioissa vapautuu suuri määrä lämpöä, ja seoksen lämpötila voi nousta 3000 °C:seen.
Aluminotermian menetelmän keksi N. N. Beketov vuonna 1859, ja Hans Goldschmidt ehdotti teolliseen käyttöön .vuonna 1894.
Neuvostoliitossa sähköuunien aluminotermia oli laajalle levinnyt. Alumiinilämpöä käytetään vähähiilisten seostettujen vaikeasti talteenotettavien metallien - titaanin , niobiumin , zirkoniumin , boorin , kromin jne. - valmistamiseen kiskojen ja teräksen valuosien hitsaukseen; tulenkestävän termiittikorundin saamiseksi. Menetelmästä riippuen erotetaan uunin ja uunin ulkopuolinen aluminotermia.
Aluminoterminen reaktio selittyy sillä, että useista mahdollisista kemiallisista reaktioista tapahtuu pääsääntöisesti reaktio, jossa vapautuu suurin määrä lämpöä . Alumiinin hapetuksen aikana hapella Al2O3 : ssa vapautuu noin 30 kJ/mol, mikä ylittää muiden metallien palamislämmön (hapetus).
Käytännössä vaaditaan myös tietyt olosuhteet, jotta alumiinioksidin pelkistysreaktio tapahtuisi. Esimerkiksi tyydyttävän tuloksen saavuttamiseksi on tarpeen lisätä aineita, jotka lisäävät reaktiota, tai lisätä juoksteita , kuten CaF2- fluorisälpää , tai sulattaa pelkistyvät oksidit energisiin metalleihin tai, kuten kromin pelkistyksessä, lisää kromihapposuoloja . Bertolet-suolaa KClO3 lisätään myös reaktion nopeuttamiseksi (kun saadaan B, Be, Cr, Se, Ti, Th). Suuri merkitys reaktion oikean kulun kannalta on sopivan metallioksidin ja sen määrän valinta: esimerkiksi MnO2 reagoi alumiinin kanssa erittäin voimakkaasti, MnO liian heikosti; Mangaanin pelkistysreaktio oksideistaan etenee parhaiten molempien oksidien seoksella.
Aluminotermiset reaktiot etenevät vapauttamalla suuri määrä lämpöä, reaktiolämpötila voi saavuttaa 3000 °, ja pelkistetty sula metalli kuumennetaan valkolämpöön, kun taas sulat alumiinioksidikuonat kelluvat yläosaan.
Metallioksidin seosta alumiinin kanssa siinä suhteessa, joka tarvitaan pelkistysreaktion edetmiseen, kutsutaan termiitiksi . Seokseen sisältyvän metallioksidin nimestä riippuen termiittejä ovat rauta, kromi, mangaani jne.
Reaktion aiheuttamiseksi termiittiseos on ensin sytytettävä. Tämä saavutetaan polttamalla pieni määrä helposti syttyvää sytytysseosta, kuten alumiinijauhetta, bariumperoksidilla .
Aluminotermian avulla on mahdollista saada merkittäviä määriä ja suhteellisen puhtaassa muodossa metalleja ja metalloideja, joita on vaikea ottaa talteen, kuten kromia , mangaania , berylliumia , booria .
Rautatermiitistä, toisin sanoen rautaoksidin ja alumiinin seoksesta, saadaan vähähiilinen tempervalurauta - termiittirauta . Vastaava reaktio suoritetaan erityisissä rautaupokkaissa , jotka on vuorattu magnesiitilla . Sula rauta kerääntyy upokkaan pohjalle ja lähes puhtaasta alumiinioksidista koostuvat kuonat kelluvat sen päällä. Noin ½ kg rautaa saadaan 1 kg:sta rautatermiittiä.
Thermitea käytetään kiskojen, teräsputkien, metallirakenteiden hitsaukseen .
Seos (jauhemaisista materiaaleista) kaadetaan sulatusakseliin tai upokkaaseen ja sytytetään sytytysseoksen avulla. On olemassa kaksi tapaa tuottaa termiittirautavalua upokkaasta:
Rautatermiitin reaktiota käytetään ferroseosten ja erikoisterästen valmistuksen lisäksi myös rauta- ja terästuotteiden hitsaukseen . Tällöin käytetään usein vain korkeaa termiittireaktiota, kun taas tämän prosessin aikana saatu termiittirauta ei osallistu itse hitsaukseen. Tällöin hitsattavat päät puhdistetaan, vedetään toisiinsa päästä päähän erityisellä kiristyslaitteella, liitos ympäröidään tulenkestävällä materiaalilla, johon termiitin sulamassa sijoitetaan sitten. kaadetaan erityisestä upokkaasta. Jälkimmäinen onnistuu tarkasti tunnetun ajan kuluessa lämmittämään liitoksen hitsauksen vaatimaan lämpötilaan, minkä jälkeen riittää, että kiristetään hieman kiinnityslaitteen muttereita, jotta päiden paine muodostuu. hitsattu toisiinsa luotettavan hitsauksen kannalta välttämättömät. Hitsauksen lopussa laite puretaan ja liitoksen ympärille hitsattu termiittimassa poistetaan.
Toinen hitsausmenetelmä rautatermiitillä perustuu myös erittäin kuumennetun, pehmeän, vähähiilisen raudan käyttöön, joka on pelkistetty aluminotermialla. Tässä tapauksessa sula termiittimassa joko kaadetaan erityisistä upokkaista tai lasketaan suppilomaisista (automaattisista) upokkaista tulenkestäväksi massaksi, joka sijaitsee suoraan upokkaan alla.
Jos pelkistyksen aikana lämpötila nousee yli 1900 ° C, suoritetaan uunin ulkopuolinen alumiinilämpö ilman lämmönsyöttöä ulkopuolelta. Tällainen prosessi etenee suurella nopeudella, tuloksena oleva metalli ja kuona erottuvat hyvin. Jos lämpöä vapautuu riittämättömästi, panokseen lisätään esikuumennuslisäainetta tai sulatus suoritetaan kaariuuneissa (sähköuunialuminotermia).