CC BY
57
И. Ш. Абдуллин, Р. Н. Гайнуллин, А. Р. Герке,
А. П. Кирпичников, А. В. Лира, И. Г. Гафаров
ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ ОКИСИ КРЕМНИЯ
ПЛАЗМЕННЫМ МЕТОДОМ
Ключевые слова: наноразмерные частицы, высокочастотный индукционный разряд.
В статье приведены результаты обработки порошка SiO2 в плазме высокочастотного индукционного разряда с целью получения наноразмерных частиц.
Keywords: a high frequency inductive discharge, nano-sized particles.
In article results ofprocessing of the powder SiO2 are given in plasma of the high-frequency induction category for the purpose of receiving nanodimensional particles
На основании экспериментальных работ, полученных на ВЧИ-установке, описанной в работе [1], было установлено, что при обдуве плазмоида плазмообразующим газом, большая часть газа не проникает в разряд через его боковую поверхность, а обтекает его, что было подтверждено в ходе экспериментальных исследований [2]. При расположении дозатора в верхней части разрядной камеры плазмотрона, исходное сырьё, захваченное потоком транспортирующего газа, не попадало в плазменный сгусток, а огибало его вдоль стенок камеры. При этом частицы порошка из газовой фазы в результате конденсации оседали либо на поверхности стенок реактора, либо на поверхности зародышей, возникающих самопроизвольно в результате флуктуации плотности и концентрации в объёме веществ. Оба случая представлены на рис. 1, 2.
Рис. 1 - Разрядная камера ВЧИ плазмотрона с осажденным порошком
По мере погружения дозатора вглубь разрядной камеры плазмотрона, количество осаждаемого порошка на её стенках уменьшалось, при этом зона его конденсации также смещалась в нижнюю часть камеры. Наиболее оптимальным местом расположения дозатора является центральное сечение индуктора плазмотрона в центре плазмоида. В этом случае лишь небольшая часть исходного порошка конденсируется на стенках в нижней части разрядной камеры, а большая его часть попадает непосредственно в плазмохимический реактор.
В качестве исходного сырья при проведении экспериментальных исследований по получению высокодисперсного порошка оксида кремния использовался кварцевый песок с Васильевского стекольного
завода (Республика Татарстан) и отходы, полученные при изготовления изделий из кварца на заводе «Технокварц» (г. Гусь-Хрустальный). Предварительно сырьё измельчалось в шаровой мельнице в течение 2-х, 3-х, 4-х и 12-ти часов. Определение дисперсности порошков проводилось на лазерном анализаторе ЛМЛЬУ8ЕТТЕ-22 в ФГУП “ЦНИИге-олнеруд” (г. Казань).
Рис. 2 - Результат сфероидизации в плазме порошка двуокиси кремния
Обработке в плазме высокочастотного индукционного разряда подвергались порошки, размеры которых представлены на рис.2. Основная массовая доля фракций исходного сырья 250 - 500 мкм (82,88 %). Основная массовая доля фракций 8Ю2 после размельчения в течение 4 часов составила 5 мкм (44,74 %).
Были проведены измерения расхода сырья различных фракций при пропускании его через плазмотрон. Схема измерений следующая: из дозатора песок подавался в разрядную камеру ВЧИ плазмотрона; фиксировались объем и время прохождения сырья в открытый сборочный бункер без соединения плазмотрона к реакторной секции. Подача песка без помола происходила самотеком из дозатора. Для подачи более мелких фракций сырья в дозатор подавался транспортирующий газ (воздух или аргон). При этом расход транспортирующего газа составлял = 0,05 - 0,2 м3/час. Расход сырья вс - от 0,1 до 5 кг/час. Расход плазмообразующего газа составил впо= 2 - 13 м3/час.
100
90
80
70
60
50
40
ЗО
20
10
і 18
1 16
14
і 12
10
СО
со
4
2
І 0
.5 1
5 10
а
50 100
юо ВД*!
Э0
500
q3(x)
1000
[urn]
1
О
1000
[um]
Рис. 2 - Исходное сырье (а) и фракция после помола в течение 4 часов (б)
Отбор полученного порошка для анализа проводился: на срезе ВЧИ плазмотрона без соединения ректора 1 к плазмотрону; с внутренней поверхности разрядной камеры ВЧИ плазмотрона; из сборочного устройства реактора 1; с конусной части реакторов 1 и 2; с рукавных фильтров реакторов 2 и 3; с пластин электростатического фильтра.
Собранный порошок исследовался с помощью сканирующего зондового микроскопа Уееео МиШМоёе У. Полученные результаты представлены на рис. 3-8.
Рис. 3 - Порошок на срезе плазмотрона без соединения плазмотрона к реактору
60 50 40 30 20
Я
Рис. 5 - Порошок с конусной части первого реактора
Рис. 6 - Порошок с фильтра второго реактора
Рис. 7 - Порошок с фильтра третьего реактора
5
4
3
2
1
%
50 100 150 200 250 300 ПГП
Рис. 8 - Порошок с пластин электростатического фильтра
Литература
1. Абдуллин И. Ш. Плазмохимическая установка для получения высокодисперсных порошков / И. Ш. Абдуллин, Р.Н. Гайнуллин, А. Р. Герке,
А. П. Кирпичников, А.В. Лира, И.Г. Гафаров // Вестник Казанского технологического университета. - Казань: КГТУ, 2012. - №10. - С. 215-217.
2. Гайнуллин Р.Н. Измерение параметров низкотемпературной плазмы магнитным зондом / Р.Н. Гайнуллин, А.Р. Герке, А.П. Кирпичников // Вестник Казанского технологического университета. - Казань: КГТУ, 2007. -№3-4. - С. 130-134.
100
200
300
400
500
600
700
пт
Рис. 4 - Порошок с внутренней поверхности разрядной камеры ВЧИ плазмотрона
© И. Ш. Абдуллин - д.т.н., профессор, проректор по научной работе КНИТУ; Р. Н. Гайнуллин - д.т.н., доц., зав. кафедрой АССОИ КНИТУ, gainullin@kstu.ru;А. Р. Герке - к.т.н., доц. той же кафедры; А. П. Кирпичников - д.т.н., проф., зав. каф. ИСУИР КНИТУ, kirpichnikov@kstu.ru; А. В. Лира - к.т.н., доц. каф. АсСоИ КНИТУ; И. Г. Гафаров - д.т.н., проф., ген. директор НПГ «РЕНАРИ» г. Москва, renari@mail.ru.
