資源描述：
《固相過程與高溫合成》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、八章固相過程與高溫合成四川大學(xué)化工學(xué)院什么叫固相反應(yīng)v固體原料混合物以固態(tài)形勢直接反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)v如黃磷的生產(chǎn)、無機材料的固相合成v固相反應(yīng)的實質(zhì)原子的重排固相過程的一般形式固相過程的一般特征與應(yīng)用產(chǎn)物：只有固相的反應(yīng)有氣相與固相的反應(yīng)分離過程的不同分離過程的一般方法凈化冷凝與分離氣體產(chǎn)品原料配料與成型固相反應(yīng)選別產(chǎn)品圖固相過程的原則流程固相間反應(yīng)機理物質(zhì)輸送機理。物質(zhì)輸送的推動力是什么？熱力學(xué)與動力學(xué)兩種因素在固態(tài)反應(yīng)中的地位MgO和AlO以1:1mol比生成MgAlO2324根據(jù)熱力學(xué)分析，反應(yīng)MgO(s)+AlO(s)=MgAlO(s)完全2324可以進行。然而，僅當(dāng)溫度超過12
2、00℃時MgO和AlO之間才開始有23明顯的反應(yīng)。通常必須在1500℃下將粉末混合物加熱數(shù)天，這一反應(yīng)才能完全。為了理解固態(tài)反應(yīng)要在高溫才能完全，可以從圖的簡單圖示中得到初步說明。如何判斷化學(xué)反應(yīng)能否進行？圖固相反應(yīng)機制示意圖化學(xué)反應(yīng)的速率？尖晶石型MgAl2O4高溫固相反應(yīng)過程1：高溫條件下，MgO和AlO兩種晶體反應(yīng)時相23互緊密接觸，共享一個公共面，2：晶粒界面間將產(chǎn)生反應(yīng)生成產(chǎn)物尖晶石型MgAlO層。243：反應(yīng)過程：反應(yīng)的第一階段是生成MgAlO晶24核。成核反應(yīng)需要通過反應(yīng)物界面結(jié)構(gòu)的重新排列，其中包括結(jié)構(gòu)中的陰陽離子鍵的斷裂和重新結(jié)合，即MgO和AlO中Mg2+和Al3+
3、離子的脫出、擴散和進23入缺位。只有在高溫下才有利于這些過程的進行，有利于晶核的生成。v進一步實現(xiàn)在晶核上的晶體生長也有相當(dāng)?shù)睦щy。因為對原料中的Mg2+和Al3+來講需要通過已存在的尖晶石產(chǎn)物層。正確地發(fā)生相互擴散到達新的反應(yīng)界面。在此階段有兩個反應(yīng)界面：MgO和尖晶石之間以及尖晶石和Al2O3之間的界面。通過這樣的擴散才有可能在核上發(fā)生晶體生長反應(yīng)，并使原料界面間的產(chǎn)物層增厚。因此很明顯地可以認為決定反應(yīng)速率的控制步驟是晶格中Mg2+和Al3+的擴散。且速率隨尖晶石產(chǎn)物層的厚度增加而降低。MgO和AlO的反應(yīng)機制23Mg2+和Al3+離子通過產(chǎn)物層的相對擴散和隨后在兩個反應(yīng)物─產(chǎn)物
4、界面上的繼續(xù)反應(yīng)，這種機制稱為Wagner機制。電荷平衡：每3個Mg3+擴散到右邊界面[圖8.1(b)]，就有兩個Al3+擴散到左邊界面。在理想的情況下，在兩個界面上進行的反應(yīng)可以寫成如下形式：（a）界面MgO/MgAlO243?2?2Al?3Mg?4MgO???MgAlO24（b）界面MgAlO/AlO24232?3?3Mg?2Al?4AlO???3MgAlO2324總反應(yīng)：4MgO?4Al2O3???4MgAl2O4即是MgO?Al2O3???MgAl2O4可以看到反應(yīng)（b）中尖晶石產(chǎn)物相當(dāng)于（a）的3倍。這即如[圖8.1(b)]所示，產(chǎn)物層右邊的增長（或移動）速率將是左面的3倍，
5、這點已為實驗所證實。影響反應(yīng)過程的主要因素影響固－固反應(yīng)速率的三種重要因素是：（a）反應(yīng)固體間的接觸面積及其表面積；（b）產(chǎn)物相的成核速度；（c）離子通過各物相特別是通過產(chǎn)物相的擴散速率。v縮短反應(yīng)時間，提高反應(yīng)速率的辦法v縮短反應(yīng)時間，提高反應(yīng)速率的辦法v（1）關(guān)于反應(yīng)物固體的表面積和接觸面積v（2）固體原料結(jié)構(gòu)特性與反應(yīng)活性v（3）固相反應(yīng)產(chǎn)物的性質(zhì)與擴散特性v在晶格中和相間的離子擴散是影響固相反應(yīng)的一個重要因素。有時甚至稱為這類反應(yīng)速率的控制步驟。因此，固相反應(yīng)的特征是必須在高溫下進行。v在某些場合，高溫下固形物表面發(fā)生局部熔融，粘稠的熔融層有利于傳質(zhì)而促進反應(yīng)的進行。雖然有液相
6、存在，但從宏觀的流程組織來分類，仍作為固相過程加以考慮，這就是有液相參加的固相反應(yīng)過程。固相反應(yīng)的幾種工業(yè)形式（1）高溫?zé)峄瘜W(xué)加工過程焙燒（燒磚)煅燒（燒石灰）燒結(jié)（制備粉體材料）熔融（煉鋼）圖粉末實體的收縮意謂著單個晶粒的形狀變化體積收縮（2）低溫固相反應(yīng)過程低溫固相反應(yīng)過程是在常溫或較低溫度下靠固相中的分子或離子擴散來進行的。這類過程有氣氛處理，蒸氣養(yǎng)護等過程，建筑材料的生產(chǎn)使用很多。如：蒸汽養(yǎng)護灰渣磚（3）燃燒合成燃燒合成（CS）又叫自蔓延高溫合成（SHS）。燃燒反應(yīng)在固體中很快地蔓延，可以利用燃燒波自動傳播的方式來合成難熔化合物。燃燒合成可分為三種類型：固體火焰由于固態(tài)反應(yīng)受固
7、態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物的阻礙，所以這種快速燃燒模式在當(dāng)時被視作一種發(fā)現(xiàn)，被稱為固體火焰。固體火焰指燃燒產(chǎn)物、中間產(chǎn)物和燃燒組元均以固態(tài)形式存在。并且不存在液相和氣相的中間過程。（如Ti+B體系燃燒）準固體火焰是指反應(yīng)組元和最終產(chǎn)物均為固體，但燃燒過程中組元和中間產(chǎn)物可為氣體和液體。滲透燃燒是指多孔金屬或非金屬壓坯與氣體發(fā)生燃燒，氣體通過孔隙滲入固體多孔壓坯得到不斷補充，產(chǎn)物為固體。反應(yīng)劑一般由三部分組成，合成劑，燃燒組元，稀釋劑。合成劑為合成原料，燃燒組元
