简述镍铝合金催化剂的生产原理及注意事项

日期: 2024-04-07 12:12:17|浏览: 137|编号: 43986

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简述镍铝合金催化剂的生产原理及注意事项

【摘 要】将预热至770―810℃镍板与熔化的铝在中频感应炉坩锅内进行合金反应,反应过后将熔融液通过中间包倒入铁槽使其自然冷却,合金冷却后再通过各种机械设备将其粉碎筛分成所需粒度的粉末成品,这种粉末成品被称之为镍铝合金粉,镍铝合金粉经过碱处理后可制成骨架催化剂,又称雷尼镍催化剂,它具有加氢、脱氧、甲烷化等作用。镍铝合金粉的市场范围很广,主要用于石油化工、制药、油脂、香料、染料、合成纤维等行业。

【关键词】镍铝合金;催化剂;金属粉尘

1925年,美国工程师莫里・雷尼用等量镍和铝熔合制备出骨架金属催化剂,并得到出人意料的结果,其活性是普通镍的5倍多,莫里・雷尼次年为他的催化剂申请了专利,因此如今的骨架镍又称为雷尼镍。它是将具有催化活性的镍金属和铝高温熔化后制成合金,再用火碱(氢氧化钠)溶液洗掉合金中的铝,这样就形成多空型的金属骨架。

下面以实例简要阐述其生产原理及注意事项。

1.装置简述

新材料车间催化剂装置始建于1985年5月,是国内镍铝合金粉的专业生产厂家,原有生产能力80吨/年,后经1998年和2005年的两次改造和扩建,其生产能力提高到450吨/年。

2.生产流程

首先将铝锭称重,再根据用户需求的配比称出镍板重量,这里所用的重熔铝锭纯度不小于99.7%,镍板纯度不小于99.9%。然后将铝锭投入到中频感应炉中感应加热,同时将镍板放入电阻炉中预热,待铝锭熔化为金属液体并呈现桔红色时,投入预热到770-810℃的镍板,这时,二者在中频感应炉坩锅内进行合金反应,待镍板完全熔化后用碳棒搅拌使合金反应进行的更充分,之后将熔融液倒入中间包,再由中间包倒入铁槽内使其自然冷却,冷却后即可得到晶格排列均匀的镍铝合金块,具体工艺指标如下:

完全冷却后的合金块硬度较差,可用锤子砸碎,得到规格不均匀的尺寸较小的合金块,小合金块通过大鄂破机粗破后,再用钢磨或(和)粉碎整形机等机械进行细磨,然后经过振动筛、旋振筛筛分得到不同规格的镍铝合金粉。这种合金粉经过氢氧化钠溶液处理,将镍铝合金中的铝浸出,同时释放处氢气。其反应过程如下:

2Al++3H2

通过如上的化学反应就得到了多孔的不溶解的金属骨架催化剂,又称雷尼镍催化剂,反应释放的氢气可被雷尼镍长期、有效的吸附,因此它具有加氢、脱氧、甲烷化等作用。其市场范围很广,主要用于石油化工、制药、油脂、香料、染料、合成纤维等行业。

制备雷尼镍的过程比较复杂,其中有如下几个环节值得注意。

3.注意事项

3.1原料危害及预防

制备雷尼镍催化剂主要原料之一的镍是一种银白色金属,国际研究机构认为其可致癌、致畸,而且金属镍的密度为8.902克/立方厘米,搬运过程中易发生脱落砸伤手脚等危险;另一种原料铝,在剧烈的合金反应中会形成氧化铝,这种细小的颗粒会随着热气漂浮在空气之中,当人们吸入时会导致尘肺,对人类健康造成威胁。因此在生产雷尼镍的过程中应当采取保护措施,操作人员应佩戴耐高温隔热手套、封闭式安全头盔、防砸鞋等防护用品,还应避免在狭小空间内冶炼合金,并保持通风。

3.2高温危害及预防

当把770℃-810℃的镍板放入熔融的铝液中时会发生强烈的合金反应,当两种合金充分混合时,液态合金的温度一般在1200℃左右,如此高温的合金液体,一旦处理不当就会对操作人员造成伤害,尤其是采用人工搅拌和倒包的过程中,直接烫伤的几率将大大增加。如果高温合金液溅落到有水或者潮湿的地面上,会将接触的水瞬间气化,由于水体积急速膨胀,形成小范围内爆炸,又会将合金液体分散推射出去,间接对人体造成伤害。

考虑到上述原因,在实际生产中除操作人员佩戴有效防护用品外,还可在作业区域内铺设导热“地毯”。这种特殊的地毯实际上是厚度为50mm的钢板相互焊接而成,其作用有两个:一是为了快速导热,当合金液溅落到钢板上时,钢板可以通过自身良好的导热性将其迅速冷却为固态。二是避免水分的沉积,钢板表面致密,不利于水分留存,可起到防止合金液遇水后二次飞溅的目的。

3.3粉尘危害及预防

将熔炼好的合金液倒入冷却槽中自然冷却后,就会得到晶格排列均匀、质地酥脆的合金块,将这些通过颚破机破碎,形成直径在5-8mm的合金粒。然后由粉碎整形机粉碎成20目以下的细粉。细粉还要经过旋振筛和振动筛进行筛分,这样在生产过程中就产生了大量的金属粉尘。通常情况下会采用XLD型陶瓷多管除尘设备进行除尘,将生产中产生的粉尘进行回收。但是该设备产生的离心力只能回收粉尘中80%的粗粉,其余20%的细粉便随着气流排放到了空气中。这些粉尘通过呼吸道进入人体,在此过程中可对人体造成咽炎、喉炎、气管炎等呼吸系统疾病,这些粉尘最后在肺部沉积,可造成肺组织纤维化即尘肺病。与此同时,还会造成环境污染和经济损失。为了弥补陶瓷多管除尘设备的不足,实际中多采用布袋式脉冲除尘器进行二次除尘,这种设备可有效处理直径小于200目的细粉,除尘率达到99.9%。即消除了环境污染,又提高了经济效益。

3.4储存及后期处理

按照颗粒的大小,将合金粉分为不同的规格,通常在20-400目之间。考虑到金属粉末遇潮会降低其活性,所以在存储时通常采用防潮的塑料包装袋将其密封,再放入金属桶内封存。经过活化处理后的雷尼镍,由于自身表面积增大而会不断吸附反应释放出来的氢气,使得其具备中等易燃性,所以,雷尼镍参加的反应应在惰性气体的环境中进行处理。多余的雷尼镍应当使用去氧水封存,防止其因氧化而带来燃烧的危险。

经过反应后的雷尼镍催化剂因活性较差通常被称为废催化剂,但仍然含有大量氢气,属于危险可燃物,不可随意处置。考虑到这种废催化剂自身含有大量的镍元素,具有较高的回收利用价值,所以在此建议采用相关的技术手段对其进行回收,因镍属于第四周期元素,具有铁磁性,可采用磁性吸附的方法进行回收。如果想得到纯度较高的镍,可采用化学沉淀法对其回收。对废催化剂有效的处理既可以换来经济效益,又为保护环境做出了贡献。

制备镍铝催化剂的过程比较复杂,存在许多不安全因素,希望每个企业在追求利益的同时要时刻关注细节,始终把安全环保放在第一位。

【参考文献】

[1]夏少武,刘红天,赵纯洁.雷尼镍活性本质的探讨[J].工业催化,2003(02).

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[3]于振涛,高云凯,冯占雄.废镍催化剂的回收利用[J].当代化工,2001(03).

[4]田福祯,王平,李晓丽,刘治虎,何佩琳.从镍-铝废催化剂中回收镍[J].化学世界,1996(05).

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