1.4.2.2. Активация процессов плавления и термического разложения веществ

Производство силикатных материалов. Логично обоснованным является применение интенсивного механического воздействия в технологиях, заключающихся в приготовлении и сплавлении смеси тонкоизмельченных твердых веществ. К таким процессам относится технологии получения различных силикатных материалов (стекла, керамики, цемента и кирпича).

В 60-е годы советский инженер Йоханес Хинт на заводе силикатного кирпича в провинциальном городке наладил производство изделий из нового материала – силикацита марки М3000 и М5000 (цифра характеризует предел прочности на сжатие образца после 28 суток его твердения). Исходным сырьем для получения силикацита служил простой песок и известь. Секрет изготовления заключался в использовании для помола сырья специальных устройств – дезинтеграторов и десимбераторов, работающих при больших скоростях вращения. Технология отличалась простотой, низкой стоимостью, легко автоматизировалась, были созданы передвижные заводы (на баржах). Изделия из силикацита обладали высокой водопроницаемостью (в 1000 раз выше, чем у бетона), устойчивостью к действию кислот, легкостью (на 30% легче бетона), большей жесткостью, возможностью окраски в разные цвета.

К идее повышения качества силикатных материалов путем тонкого помола исходных компонентов шихты вернулись через несколько десятков лет; этот прием широко используется в современных керамических производствах [15].

Производство гетерогенных катализаторов. Одним из самых перспективных направлений использования механохимической активации считается синтез гетерогенных катализаторов [16, 17]. Интенсификация объемных превращений механическим воздействием возможна на различных стадиях приготовления катализаторов: в процессах разложения и синтеза исходных веществ, диспергирования компонентов с модификацией их поверхности и последующим спеканием, распределения активного вещества по поверхности инертного носителя и т.д. Например,  получение катализаторов часто включает стадию разложения неорганических солей. Механохимическое воздействие позволяет снизить температуру разложения. Ученые наблюдали снижение температур спекания и термического синтеза на сотни градусов в результате механической обработки.

Интенсивные работы в области использования механохимических процессов в технологии изготовления катализаторов проводятся в Институте катализа РАН (г. Новосибирск) [17]. Там разработаны  массивные блочные оксидные катализаторы сотовой структуры, предназначенные для низко- и высокотемпературных процессов глубокого окисления. Массивные катализаторы обладают некоторыми преимуществами по сравнению с нанесенными катализаторами, в частности, большей прочностью, высоким содержанием активного вещества и др. Особый интерес вызывают сравнительно дешевые массивные оксидные катализаторы как альтернатива дорогим платиновым  и платиноидным катализаторам. Оксидные катализаторы обычно готовят таблетированием или экструзионным формованием паст на основе оксидов, получаемых методом соосаждения. Эти технологии отличаются наличием большого количества водных стоков. В Институте катализа разработана малоотходная безрастворная технология получения таких катализаторов, предусматривающая короткую (2-3 мин) механическую обработку исходных оксидов в шаровой вибрационно-центробежной мельнице ВЦМ-25 и последующую термообработку массы при невысоких температурах. Стадия механического воздействия позволяет снизить температуру (от 11000С до 400-7000С) и время термообработки, повышает прочность и термостабильность гранул катализатора. Получаемый катализатор имеет высокую удельную поверхность 10-15 м2/г. Ученые провели сравнительные испытания нового катализатора  в реакциях окисления СО и бутана. Новый катализатор более активен, чем промышленные оксидные катализаторы, полученные методом осаждения; он имеет такую же активность, как нанесенный катализатор, но превосходит его по термостабильности. Другой массивный катализатор - ИК-12-83 на основе сложных оксидов, наработанный в Институте катализа с использованием механохимической технологии, прошел успешные промышленные испытания на АО «Азот» (Пермская область). Он проработал более пяти лет на второй ступени каталитической системы окисления аммиака в производстве азотной кислоты (агрегаты УКЛ-7, работающие под давлением 7,3 атм) и позволил снизить безвозвратные потери платиноидов на 0,02-0,03 г на 1 т азотной кислоты.

Получение новых материалов механическим сплавлением компонентов. В последнее время широко используется процесс механического сплавления, позволяющий получать  твердые растворы с аномальным содержанием компонентов и интерметаллиды из смеси металлических порошков [14]. Так, механически сплавляя никель и кобальт с алюминием и синтезируя интерметаллиды Ni35Al65 и Co40Al60, можно после выщелачивания получать металлический никель и кобальт, характеризующийся высокой каталитической активностью (катализаторы Ренея). Механическое сплавление неодима, бора и железа позволяет синтезировать Nd2Fe14B – соединение, являющееся основой для получения постоянных магнитов. Предприняты успешные попытки использовать механическое сплавление для получения материалов, аккумулирующих молекулярный водород. Механическое сплавление меди, ртути и олова используется для изготовления пломбировочной амальгамы в стоматологии; метод характеризуется высокой экологичностью.