Получение высокодисперсных порошков окиси кремния плазменным методом

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

1000

[urn]

1

О

1000

[um]

Рис. 2 - Исходное сырье

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.