2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.31897/pmi.2019.5.550 pmi-13236 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/13236 Металлургия и обогащение Metallurgy and concentration Effect of Temperature on Solid-state Hydride Metal Synthesis According to Thermodynamic Modeling Влияние температуры на твердотельный гидридный синтез металлов по данным термодинамического моделирования Slobodov A. A. Слободов А. А. Slobodov A. A. aslobdrg@gmail.ru Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) (Санкт-Петербург, Россия) Saint-Petersburg State Institute of Technology (Saint-Petersburg, Russia) Syrkov A. G. Сырков А. Г. Syrkov A. G. Syrkov_AG@pers.spmi.ru Санкт-Петербургский горный университет (Санкт-Петербург, Россия) Saint-Petersburg Mining University (Saint-Petersburg, Russia) Yachmenova L. A. Ячменова Л. А. Yachmenova L. A. yachmenova.liudmila@yandex.ru Санкт-Петербургский горный университет (Санкт-Петербург, Россия) Saint-Petersburg Mining University (Saint-Petersburg, Russia) Kushchenko A. N. Кущенко А. Н. Kushchenko A. N. lexus_omsk1992@mail.ru Санкт-Петербургский горный университет (Санкт-Петербург, Россия) Saint-Petersburg Mining University (Saint-Petersburg, Russia) Prokopchuk N. R. Прокопчук Н. Р. Prokopchuk N. R. nrprok@gmail.com Белорусский государственный технологический университет (Минск, Беларусь) Belarusian State Technological University (Minsk, Belarus) Kavun V. S. Кавун В. С. Kavun V. S. vetal-2@mail.ru ЛТУ-Университет (Лаппеенранта, Финляндия) LUT-University (Lappeenranta, Finland) 23 10 2019 2019 239 550 555 02 05 2019 09 07 2019 23 10 2019 © A. A. Slobodov, A. G. Syrkov, L. A. Yachmenova, A. N. Kushchenko, N. R. Prokopchuk, V. S. Kavun 2019 А. А. Слободов, А. Г. Сырков, Л. А. Ячменова, А. Н. Кущенко, Н. Р. Прокопчук, В. С. Кавун A. A. Slobodov, A. G. Syrkov, L. A. Yachmenova, A. N. Kushchenko, N. R. Prokopchuk, V. S. Kavun CC BY 4.0 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/13236

Проведено термодинамическое моделирование восстановления дихлорида меди в атмосфере различных газообразных гидридов (в аммиаке, моносилане, метане) в температурном интервале 273-1000 К. Расчеты показывают, что в более узких диапазонах значений температуры, отвечающих протеканию реакций твердотельного гидридного синтеза (ТГС) металлических веществ, образование металла, как правило, подтверждается теорией. В результате термодинамического моделирования получен принципиальный результат о подавлении конкурирующих процессов нитридирования, силицирования и карбидизации металла в условиях ТГС, имеющий значение для металлургических производств. Это дополнительно обосновывает корректность предыдущих экспериментальных исследований разработчиков ТГС металлов с модифицированной поверхностью и улучшенными свойствами. Путем моделирования выявлено, что восстановление твердого дихлорида меди до металла в атмосфере аммиака или метана происходит ступенчато (последовательно, согласно правилу Байкова) через промежуточные стадии образования соединения низковалентной меди – хлорида меди (I).

Thermodynamic modeling of the reduction of copper dichloride in the media of various gaseous hydrides (ammonia, monosilane, methane) in the temperature range 273-1000 K was carried out. Calculations show that in narrower temperature ranges corresponding to the reactions of solid-state hydride synthesis (SHS) of metal sub- stances metal formation is usually supported by theoretical propositions. As a result of thermodynamic modeling, a principal result was obtained on the suppression of competing processes of nitriding, siliconizing and carbonization of metal under SHS conditions, which is important for metallurgical production. This additionally substantiates the correctness of previous experimental studies of SHS metals with modified surface and improved properties. By mod- eling, it was found that the reduction of solid copper dichloride to metal in ammonia or methane occurs stepwise (se- quentially, according to the Baykov rule) through the intermediate stages of the formation of a compound of low- valent copper – copper (I)chloride.

 Ключевые слова металлургия меди восстановление металлов из хлоридов твердотельный синтез фазовая модель термодинамическое моделирование хемосорбция гидридов Keywords copper metallurgy metal reduction from chlorides solid synthesis phase model thermodynamic modeling chemisorption of hydrides Makhova L.V. Solid State Hydride Synthesis and Structural-Chemical Features of Si-C-Containing Metallic Substances: Avtoref. dis. … kand. khim. nauk. St. Petersburg: Izd-vo SPbGU, 1992, p. 20 (in Russian). Sizyakov V.M., Bazhin V.Yu., Brichkin V.N., Petrov G.V. Non-ferrous metallurgy. St. Petersburg: Sankt-Peterburgskii gornyi universitet, 2015, p. 392 (in Russian). Nazarova E.A. The effect of adsorption of ammonium and organosilicon compounds on the tribochemical properties of metals (Al, Cu, Ni): Avtoref. dis. … kand. khim. nauk. St. Petersburg: SPbGTI (TU), 2016, p. 20 (in Russian). Popel' S.I., Sotnikov A.I., Boronenkov V.N. Theory of Metallurgical Processes. Moscov: Metallurgiya, 1986, p. 463 (in Russian). Slobodov A.A., Ralis R.V., Uspenskii A.B. et al. Development of quality criteria for systems and thermodynamic databases for the study of multicomponent physicochemical natural and technological systems. Izvestiya SPbGTI (TU). 2015. N 31 (57), p. 8- 12 (in Russian). Slobodov A.A., Zarembo V.I. A unified approach to the problems (formulation and solution) of the calculation of physico- chemical equilibria. VI Vses. shk.-sem. «Primenenie matematicheskikh metodov dlya opisaniya i izucheniya fiziko-khimicheskikh ravnovesii». Novosibirsk: INKh SO AN SSSR. 1989. Vol. 1, p. 59-60 (in Russian). Syrkov A.G. Nanotechnology and nanomaterials. The role of nonequilibrium processes. St. Petersburg: Izd-vo Politekhn. un-ta, 2016, p. 194 (in Russian). Trepnel B. Chemical sorption. Moscow: Izd-vo inostrannoi literatury, 1958, p. 326 (in Russian). Pshchelko N.S., Syrkov A.G., Vakhreneva T.G. et al. Electrophysical and chemical-physical micro- and nanotechnologies for enhancing the adhesion of components in a metal-dielectric system. Rossiiskie nanotekhnologii. 2009. Vol. 4. N 11-12, p. 42-47 (in Russian). Dubois L.H., Zegarsky B.R. The activated adsorption of silane on nickel. Surface Science. 1988. Vol. 204. N. 1, p. 113-115. Ralys R.V., Uspenskiy A.A., Slobodov A.A. Deriving properties of low-volatile substances from isothermal evaporation curves. Journal of Non-Equilibrium Thermodynamics. 2016. Vol. 41. N 1, p. 3-11. Syrkov A.G. Novel ways and fundamentals of metals nanotechnology. Tsvetnye Metally. 2004. N 4, p. 67-71.