Плавленые и скелетные контактные массы

Плавленые катализаторы
Примеры: платиновые, железные катализаторы, металлокерамические контакты.
Промышленность выпускает два типа плавленых катализаторов:
- металлические (сплавы Pt с некоторыми металлами платиновой группы (Pd, Rh) катализируют окисление аммиака до оксидов азота)
- оксидные (плавленый оксид V(5) катализирует окисление нафталина во фталевый ангидрид)
Технология приготовления проста и состоит из:
приготовление шихты нужного состава
расплавление компонентов будущего катализатора
а) формование или
б) охлаждение расплава и дробление массы до требуемых размеров

Плавление- процесс перехода кристаллического твердого тела в жидкость. Плавление совершается при определенной температуре — температуре плавления, величина которой определяется природой тела и зависит от внешнего давления.
Для приведения тела в жидкое состояние необходимо затратить энергию на преодоление сил, действующих между элементами его кристаллической решетки. Молекулярно — кинетическая теория плавления говорит, что уменьшение степени порядка в расположении частиц твердого тела начинается задолго до плавления в связи с увеличением тепловой подвижности частиц при росте температуры. При этом возрастает число точечных дефектов структуры, что способствует разрыхлению кристаллической решетки. С дальнейшим повышением температуры степень разрыхления повышается.
Наличие чужеродных атомов в решетке основного вещества (примеси) всегда приводит к снижению его температуры плавления. При плавлении многокомпонентной смеси возможно взаимодействие её составляющих.
Различают два типа плавления твердых веществ:
протекающее без изменения химического состава фаз
протекающее с появлением фаз с измененным химическим составом
Катализаторы, полученные сплавлением компонентов обладают: высокой прочностью, хорошей теплопроводностью, но имеют мощную удельную поверхность.

Металлические плавленые катализаторы выпускают в виде сеток, спиралей, стружки, мелких кристаллов, сфер полученных при разбрызгивании или распылении расплава в охлаждающую жидкость. Так платиновые контакты окисления аммиака применяют в виде проволочной сетки, а никелевые катализаторы гидрирования используют в виде стружки. Технология производства металлических плавленых катализаторов сводится к составлению сплава нужного состава. Для увеличения удельной поверхности сплав подвергают дополнительной обработке.
Платиновые сетчатый катализатор окисления NH3
Платиновый сетчатый катализатор представляет собой сплав Pt с некоторыми металлами платиновой группы (Pd, Rh). Наиболее распространенная катализаторная сетка, применяемая нашей промышленностью имеет состав (% масс.): Pt = 93; Pd =4; Rh = 3 (для работы при атмосферном давлении). Катализаторные сетки бывают разных размеров, благодаря чему создается большая поверхность катализатора при относительно малом расходе платины. Обычно диаметр проволоки (из которой делают сетки) 0,04 ÷ 0, 09 мм. Катализаторные сетки из чистой платины не готовы ,т.к. Pt при высоких температурах быстро разрушается и ее частички уносятся с потоком газа. Поэтому для изготовления сеток используют её сплавы. Введение в сплав Rh делает катализатор более устойчивым в процессе эксплуатации при высоких температурах. Использование добавки Pd повышает активность катализатора и позволяет вести процесс при более низких температурах. Катализаторными ядами являются: PH3, H2S, ацетилен, оксиды железа, содержащиеся в газе. Регенерируют сетки, обрабатывая их 10% раствором HСl при 60÷70 С в течение 2 часов. Затем сетки тщательно промывают дистиллированной водой, сушат и прокаливают.

Скелетные катализаторы
Скелетные контактные массы относятся к плавленым катализаторам, т.к. Их получают сплавлением исходных компонентов. Но в технологии их производства есть еще одна стадия (так называемая «скелетная») - частичное или полное удаление неактивных веществ из сплава, в результате которого образуется «скелет» из активных компонентов сплава.
Материалами для получения скелетных контактов служат двух — или многокомпонентные сплавы каталитически активных металлов с такими веществами, которые затем можно уволить при обработке растворами сильных электролитов (например, выщелачиванием) или отгонкой в вакууме. Например: сплавление активного металла (Ni, Co, Cu) с алюминием или магнием, последние затем удаляют выщелачиванием. В процессе сплавления металлов с последующим выщелачиванием наблюдается смещение их внешних электронных уровней, с чем связывают повышение активности катализатора.
Наиболее распространены скелетные катализаторы из сплавов Ni с Al. В промышленности используют два типа таких катализаторов:
катализатор Бага — кусочки, никель — алюминиевого сплава (65÷75% Ni и 35÷25% Al)
никель Ренея — мелкодисперсный порошок ,состоящий из чистого никеля.

Для получения активных катализаторов большое значение имеют способ приготовления и состав сплава. При изготовлении никелевых скелетных катализаторов приемлемы сплавы с содержанием активного металла (Ni) от 40÷60% Повышение содержание Ni более 60% затрудняет разложение сплава щелочью.
Начальные стадии производства для катализатора Бага и никеля Ренея одинаковы: при Т=660 °С расплавляют Al, затем повышают Т=900÷1200 °С и выдерживают расплав при этой температуре для удаления из металла газа и солей.
Далее в расплав вносят Ni, температура поднимается до 1900 °С за счет теплоты образования сплава.
После чего сплав охлаждают:
при медленном остывании образуется мелкокристаллическая структура, что способствует получению катализатора в высокодисперсном состоянии
при быстром охлаждении образуется крупнокристаллическая структура сплава.
Охлажденный сплав дробят и в аппаратах с мешалкой проводят выщелачиванием Al 20÷30% - м раствором Na ON.