Физико-химический анализ свойств системы алюминий – вода

Физико-химический анализ свойств системы алюминий – вода –
кислород
В.Н.Данилин
Кубанский государственный технологический университет
Система алюминий – вода вызывает интерес исследователей в связи
с возможностью получения водорода. Из получаемого при этом гидроксида алюминия может быть электролизом восстановлен алюминий. Осуществляется обратимый цикл получения водорода. Реализации этого способа получения водорода посвящен патент РФ /1/. В соответствии с этим
патентом из мелкодисперсного алюминия размером частиц не более 20
мкм готовят суспензию порошкообразного алюминия в воде при соотношении Al: H2O=1:4-16 вес.ч., которую непрерывно подают в реактор высокого давления, где суспензию порошкообразного алюминия распыляют
при диаметре капель не более 100 мкм в воду при температуре 220-900 0 С
и давлении 20-40 мПа, при соотношении суспензии к воде 1:50-100 вес. ч.,
после выхода из реактора высокого давления парогаз подают в конденсатор и из него выводят водород, а гидроксид алюминия или оксид алюминия – в отстойник для суспензии. Получаемый при этом водород может
быть использован для получения тепла или на автотранспорте. При использовании на автотранспорте возможно сжигание водорода в двигателе
внутреннего сгорания или в топливном элементе.
Процесс взаимодействия в системе алюминий – вода – кислород в
этом случае двухстадиен. Возможно одностадийное взаимодействие в случае получения тепла, как это предложено в изобретении /2/. Согласно этого изобретения в емкость высотой 7 – 15 см послойно
засыпают три порции порошков, например, толщиной слоев (0,4-0,6), (0,25
– 015), (0,35 – 0,25), затем последовательно засыпают первый нижний слой
песком на (0,4 – 0,6) высоты емкости, доливают холодную до полного смачивания первого слоя песка, засыпают второй слой сухого песка до (0,65 –
85) высоты емкости, а далее на сухой песок засыпают металлизированный
порошкообразный состав долговременного контактного нагрева, например, на основе порошков магния, алюминия и их сплавыов; при этом массовое соотношение воды в нижнем слое к металлизированному составу в
1,1 – 1,25 раза больше стехиометрического соотношения. Закончив засыпку слоев их поджигают термоспичкой. В качестве автокаталитического
топлива долговременного контактного нагрева в полевых условиях применяют состав при следующем соотношении компонентов, мас. %: магний –
78 – 80; нитрат калия – 1,0 – 6,0; индустриальное масло – 0,5 - 1,5; алюминий – остальное. В качестве алюминийсодержащего горючего используется также алюминий-магниевый сплав при следующих соотношении компонентов: магния – 40 – 56; алюминиево-магниевый сплав – 37,5 – 57,5
нитрат калия –1,0 – 6,0; (натрия, стронция), индустриальное масло – 0,5 –
1,5.
Изложенный выше способ применим только для долговременного
обогрева в полевых условиях.
Для автотранспорта применим в настоящее время только способ,
например, по патенту /1/.
Упрощение способа получения механической энергии для автотранспорта возможно за счет одностадийного взаимодействия алюминия с
водой и кислородом.
Получение механической энергии путем одностадийного сжигания
порошкообразного алюминия парами воды в присутствии газообразного
кислорода воздуха происходит по реакции:
4Al + 6H2O +3O2 = 4Al(OH)3
Для ускорения этой реакции необходимо добавлять в алюминий разрыхлители защитной пленки алюминия состоящей из оксида алюминия,
что облегчает ее удаление с поверхности алюминия, а в парах воды ускорители реакции.
Литература
1. Патент РФ № 2223221.
2. Изобретение МПК С01В3,10 № 92008303