ТЕРМОБАРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПРЯМОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ

Способ прямого восстановления металлов согласно рис. № 1 заключается в термобарическом (сверхвысокоскоростном) воздействии на оксиды металлов высокой температурой и давлением от продуктов детонационного горения топливовоздушных смесей системы специально расположенных детонационно-резонансных горелок с полусферическими резонаторами (рис. № 3,4).

 Оксид металла согласно рис. 1 подаётся равномерно в центральную общую зону термобарического восстановления металла. Это есть зона “схлопывания” продуктов детонационного горения от 3-х и более детонационно-резонансных горелок с полусферическими резонаторами, размещённых навстречу друг другу в одной общей горизонтальной плоскости.

Дополнительно каждая горелка имеет небольшой наклон  вниз  в вертикальной плоскости (рис. 2.) для целей облегчения подачи в зону термобарического восстановления порошков оксидов металлов  гравитационным способом и предотвращения их выдувания.

На физико-химическом плане термобарическое (высокая температура и давление) воздействие на руду продуктами детонационного горения топливовоздушной смеси в центральном месте сталкивания изломов детонационных волн от горелок приводит к непосредственному восстановлению металла из оксида металла.

Протекает классическая термическая реакция разложения оксидов, только наиболее эффективным способом.

Для наглядности рассмотрим применение заявляемого способа, например к восстановлению железа из оксида железа. При этом:

  1.  Всем известен факте, что если оксид Fe(III) нагреть до температуры +675°C (точка Нееля), то произойдёт фазовый переход: антиферромагнитные свойства оксида сменятся парамагнитными. При дальнейшем нагревании оксид сначала расплавится, превратившись в FeO Fe(I) (+1565°C), а затем начнёт разлагаться на простые вещества по схеме: 2Fe203 => 4Fe +3O2.  При сверхбыстром (флэш) нагреве руда сразу будет разлагаться на простые вещества (железо и кислород).
  • Исследования, опубликованные в научном журнале Physical Review Letters, подтверждают тот факт, что экстремальные условия (повышенное давление в сотни тысяч атмосфер и температура выше 3 000 °C) провоцируют переход оксида железа из изолированного состояния в состояние совершенно противоположное. Оксид железа становится полным проводником (металлом). Данное открытие было сделано благодаря феропериклазу — минералу, богатому на железо. Этот минерал находится во внешней мантии Земли (геологические процессы, происходящие глубоко в земле).

Исходя из Выше изложенного, способ прямого восстановления металлов, как уже было заявлено выше, заключается в сверхвысокоскоростном (термобарическом) воздействии на порошковую руду высокой температурой и давлением от продуктов детонационного горения топливовоздушной смеси системы специально расположенных детонационно-резонансных горелок с полусферическими резонаторами. 

Функционально заявляемый способ прямого восстановления металлов представлен на рис. № 1.  В нём порошковая руда гравитационным способом подаётся равномерно в зону термобарического восстановления металла  — центральное место сталкивания изломов детонационных волн (схлопывания) п. 5 рис. № 2 от 3-х и более детонационно-резонансных горелок с полусферическими резонаторами, размещённых по схеме “звезда” согласно рис. № 2 с небольшим наклоном каждой. 

Рис. № 1.  Структурная схема способа прямого восстановления металлов.

Рис. № 2. Схема расположения детонационно-резонансных горелок с полусферическими резонаторами.

Где:

  1. Бункер с порошком оксидов.
  2.     Дозатор. 
  3.     Равномерное высыпание  порошка оксидов в зону протекания  термобарической реакции восстановления металлов.
  4.    Детонационно-резонансные горелки с полусферическими резонаторами.
  5.    Зона проведения термобарического восстановления металлов.
  6.   Жидкий металл со шлаком гравитационным способом удаляются из зоны проведения термобарического восстановления металлов.
  7.   Смесь металла со шлаком.

Как уже было заявлено выше сверхвысокоскоростное (термобарическое) воздействие на порошковую руду высокой температурой и давлением основывается на формировании высоких температур и давлений принципиально новым способом детонационного сгорания топливовоздушной смеси специальными детонационно-резонансными горелками с полусферическими резонаторами.

В частности — анализ литературы открытого доступа показал, что методы термобарической обработки (разложения оксидов) на основе использования детонационного горения ни кем  ещё не рассматривался.

Практические работы в области детонационного горения для интенсификации или создания новых технологических процессов в настоящее время практически не используются  в “мирных” целях, а именно: в промышленном производстве.

После публикаций в открытом доступе работ, связанных с гиперзвуковыми ракетами и в частности с их двигательными установками на основе управляемого детонационного сгорания топливовоздушной смеси появилась возможность использовать такие технологии в промышленности.

Рис. 3. Детонационно-резонансная горелка с полусферическим резонатором.

Рис. 4. Детонационно-резонансная горелка с полусферическим резонатором.

Мои практические работы в области детонационно-резонансных двигателей (горелок) показали, что измерение температуры  детонационной волны классической термопарой на диапазон до 1500 градусов был не возможен по причине того, что термопара моментально сгорела при внесении  в центральную часть детонационного фронта, а термометра на сверхвысокие температуры в распоряжении не было. Такие работы опубликованы ниже в приложении.

При этом в качестве топлива в таких горелках должен использоваться исключительно дешёвый природный газ, который благодаря конструкции самой горелки преобразуется высокотемпературным пиролизом в ацетилен (смотри в открытом доступе, что такое детонация ацетилена).

Как уже было заявлено выше — способ прямого восстановления металлов заключается в сверхвысокоскоростном (термобарическом) воздействии на порошковую руду сверх высокой температурой и давлением от продуктов детонационного горения топливовоздушной смеси. 

При этом обычные классические горелки не способны обеспечить нужные температуры и давления  для протекания термобарических процессов восстановления металлов.  Это связано с  особенностью  классического дефлаграционного горения в классических горелках, а именно: в том, что при распространении фронт волны горения волна не встречает на своём пути препятствий и распространяется от зон с высоким давлением в зоны низкого давления. Такое распространение горения происходит с определённой скоростью, которая зависит от температуры процесса горения, и всегда ниже 2000 °С.

При этом само детонационное горение в атмосферу от одной горелки   это взрыв, в котором взрывная волна распространяется со скоростью 2000-3000 м/с, а температура горения достигает 3000-3500 °С.

Что же происходит при детонации?

Детонация представляет собой фронт расширяющихся изломов ударных волн, которые постоянно растут и сталкиваются друг с другом. В местах сталкивания изломов ударных волн возникают зоны очень высокого давления, в которых горение происходит с более высокими температурами, если бы оно происходило на границе между областью высокого и низкого давлений (как при классическом горении).

Таким образом, в центральном месте п. 5 , рис. № 2 сталкивания детонационных волн (схлопывания) от 3-х и более детонационно-резонансных горелок возникает зона уже сверх!!! высокого давления, в которой горение происходит ещё со значительно более высокими температурами, чем, если бы оно происходило на границе детонационной волны от одной горелки.

В этом случае без эксперимента можно только предположить, что температура и давление в центральном месте п. 5, рис. № 2 сталкивания детонационных волн (схлопывания) от 3-х детонационно-резонансных горелок будет ориентировочно в 2 и более  раза больше, чем при детонационно-резонансном горении одной горелки в атмосферу, т.е. ориентировочно – 6000-7000°С.

ВЫВОД:

Заявленный термобарический способ с достижимыми температурами в зоне реакции  6000 — 7000°С и давлениями под сотни, тысячи атмосфер способен наиболее эффективно проводить  химические реакции температурного разложения  оксидов металлов до металлов.

Приближённый  расчёт себестоимости готовой продукции:

Предположим, что при использовании 3-х горелок с полусферическими резонаторами диаметром 100 мм и размещённые на расстоянии в пол мета относительно друг друга  ежесекундно происходит восстановление 50 гамм чистого металла. Один газовый баллон объёмом 5 литров обеспечивает работ 3-х горелок в течении 5-ти минут. Стоимость заправки 5-ти литрового газового баллона пропаном составляет  200 рублей. Получается себестоимость производства 1 кг. чистого металла напрямую минуя доменное производство заявленным способом соответствует  13-ти рублям.

Приложение:

  1. Термобарический способ восстановления металлов из оксидов металлов.
  2. Термобарический способ производства драгоценных камней:
  3. Детонационный газо-вихревой способ очистки вагонов подвижного состава от остатков насыпного или кускового груза.
  4. Детонационные источники энергии как альтернатива классическим дефлаграционным (газовые горелки, генераторы, двигатели и т.п.)
  5. Перевод китайской  статьи по экспериментальным работам с детонационно-резонансными двигателями. 
  6. Прямоточный детонационный источник энергии
  7. Сферический (резонаторный) детонационный реактивный источник энергии
  8. Практические работы по детонационно-резонансным двигателям

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s