состав металлотермического топлива

Формула изобретения

Состав металлотермического топлива, содержащий окись железа, порошок алюминия окись алюминия и гидролизованный этилсиликат при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Окись железа	40-45
Порошок алюминия	20-22
Окись алюминия	30-35
Гидролизованный этилсиликат	остальное

Описание изобретения к патенту

Состав металлотермического топлива относится к области использования нетрадиционных источников энергии и может быть применен для получения тепла в бытовых топках, в топках теплоэлектроцентралей, судов и др.

По совокупности существенных признаков наиболее близкими к данному изобретению являются составы металлотермических смесей на основе оксидов элементов, применяемых для диффузионного поверхностного насыщения стальных изделий /3-5/, но нет примеров использования химического тепла этих составов для бытовых целей и в технике.

Сущность изобретения: предлагается вещество (композиция), состоящее из химических реагентов, вступающих во взаимодействие при нагреве до температуры возбуждения восстановительной реакции, которая сопровождается огромным тепловыделением. Этот эффект был впервые открыт еще в 1859 году русским ученым Н.Н.Бекетовым /1/, согласно которому любой впереди стоящий элемент в ряду активности металлов (Са, Li, Mg, Zr, Al, В, Ti, Si, Cr, Nb, Mn, V, W, Mo) вытесняет при химическом реагировании менее активный элемент (т.е. стоящий после рассматриваемого в этом ряду) из собственных окислов и эта реакция сопровождается существенным тепловым эффектом.

Например, Fe₂O₃+AlАl ₂О₃+Fe+Q

Количество тепла Q, выделяемого при такой реакции, составляет (50...80)·10³ ккал/кг, т.е. в 25-30 раз больше теплового эффекта, получаемого от сгорании, например, 1 кг керосина.

Целью данного изобретения является создание относительно дешевого состава из малодефицитных металлотермических смесей, которые с большим успехом можно использовать в быту и технике.

Поставленная задача может быть решена путем установления оптимального состава металлотермической смеси на основе оксидов железа, принятием мер по противопожарной безопасности за счет введения теплопоглощающих добавок рационального количества.

Для достижения этой цели и определения оптимального соотношения компонентов металлотермической смеси были проведены подробные исследования по оценке теплотворной способности исследуемого объекта с изменением соотношения его основных реагентов. Для этого спроектирована и изготовлена специальная установка измерения теплового эффекта от сжигания металлотермической смеси.

Составы исследованных металлотермических смесей и результаты замера температуры окружающей среды при их сжигании приведены в таблице 1.

Таблица 1 Составы исследованных металлотермических смесей с различным содержанием восстановителя (Аl)
№	Состав смеси, мас.%	Температура окружающей среды, °С
		1 замер	2 замер	3 замер	Т сред.
1	95Fе2O 3+5Аl	660	640	655	650
2	90Fе2 O3+10Аl	1030	1050	1040	1040
3	85Fе 2O3+15Аl	1640	1625	1630	1630
4	80Fе2O3+20Аl	1920	1940	1930	1930
5	75Fе2O 3+25Аl	1990	1980	1970	1980
6	70Fе 2O3+30Аl	2110	2600	2120	2120
7	65Fе 2O3+35Аl	2250	2230	2240	2240

Из этих данных можно заключить, что полное восстановление (сгорание) металотермической смеси достигается при содержании 20% Аl и более.

Из экспериментальных данных вытекает также, что средняя температура окружающей среды при сгорании брикета с 20%Аl достигает 1930°С. Это недопустимо высокая степень разогрева элементов печи, топок, котлов. Необходимо принять меры снижения температуры реакции за счет введения в состав металлотермических смесей теплопоглощающих (балластных) добавок. В этом качестве нами использована добавка химически пассивного глинозема (Аl ₂О₃).

Исследования теплового эффекта при сжигании смесей с оптимальным содержанием восстановителя (20%Аl) и изменяющимся количеством теплопоглотителя (10-50%Аl₂ O₃) показали (табл.2), что наиболее практически пригодной является металлотермическая смесь, содержащая 30% балластной добавки. При сжигании смеси такого состава средняя температура окружающей среды повышалась до 1210°С, что вполне допустимо для топок.

Таблица 2 Температурное состояние окружающей среды при сжигании металлотермических брикетов с различным содержанием балластной добавки (Аl2О 3)
№	Состав смеси, мас.%	Температура окружающей среды,°С
		1 замер	2 замер	3 замер	Т сред.
1	70Fе2O 3+20Аl+10Аl2O3	1820	1840	1835	1830
2	60Fе2O 3+20Аl+20Аl2O3	1410	1410	1430	1420
3	50Fе2O 3+20Аl+30Аl2O3	1200	1220	1210	1210
4	40Fе2O 3+20Аl+40Аl2O3	800	820	820	820
5	30Fе2O 3+20Аl+50Аl2O3	640	640	660	650

Для удобства долговременного хранения и транспортировки нового теплоносителя разработана технология производства цилиндрических брикетов массой 60 г. При этом в их состав дополнительно вводили связующие добавки (гидролизованный этилсиликат), не создающие атмосфероотравляющие выделения при сжигании.

Была изготовлена и апробирована в бытовых топках партия таких брикетов (400 штук), подтвердившая наши прогнозы.

Задача использования тепла металлотермических реакций для бытовых целей в мировой практике решается впервые. В данном изобретении в качестве потенциальных теплоносителей предлагается использовать окислы железа (железную руду), восстановителем является алюминий (алюминиевая пудра, порошок).

Новизна темы состоит в том, что при решении поставленной задачи резко расширяется круг используемых теплоносителей. При этом металлотермические среды имеют неиссякаемые запасы в земной коре и с успехом могут заменить для человека катастрофически иссякающее углеводородное и углеродное сырье.

Результаты изобретения можно использовать как для бытовых, так и для промышленных целей.

В бытовом отношении металлотермические брикеты легко могут заменить в топках дрова, уголь, газ, керосин. Их можно также использовать для топок центральных котелен, тепловых электростанций, судов. По нашим расчетам (см. приложение 1) брикет из металлотермической смеси массой 16 грамм по теплотворной способности может заменить 1 кг угля.

Предлагаемая технология использования металлотермической смеси экологически безопасна, так как в процессе горения нет газовыделений, отходы горения нетоксичны и безопасны для будущих поколений. Более того, утилизация отходов сжигания металлотермической смеси целесообразна с целью извлечения из них химически чистых восстановленных элементов (железа).

Список использованных источников

1. Байков А.А. Восстановление и окисление металлов. - Металлургия, 1926, №3.

2. Воршнин Л.Г. Антикоррозионные диффузионные покрытия. - Минск: Наука и техника, 1981. - 296с.

3. Абачараев М.М., Абачараев И.М. Металлотермия - эффективный источник возобновляемой энергии. - Двигателестроение, 1999, №3, с.39-40.

4. Абачараев М.М., Хаппалаев А.Ю. Защитные покрытия в промышленности. Махачкала: Дагкнигоиздат, 1986. - 108 с.

5. Абачараев М.М., Прессман Ю.Н. Состав для хромоалитирования изделий и сплавов. - А.с. СССР №1157130, 1985.