高鋁含量金屬與水反應(yīng)熱力學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、金屬鋁是地殼中含量最多的金屬，其能量密度高，與水反應(yīng)可以生成氫氣，而氫氣發(fā)熱量高，產(chǎn)物清潔，這使金屬鋁-水反應(yīng)成為理想的水下推進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源。
　　本文利用FactSage熱力學(xué)軟件進(jìn)行了金屬鋁、鎂、鋰以及鋁鋰、鋁鎂、鋁鋰鎂合金與水反應(yīng)的熱力學(xué)計(jì)算及分析，之后根據(jù)實(shí)際需要，搭建了熔融金屬與水反應(yīng)試驗(yàn)臺(tái)，并在試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)金屬鋁、鋁鋰合金、鋁鎂金屬混合物、鋁鋰鎂金屬混合物、鋁鋰鎂合金與水的反應(yīng)進(jìn)行了研究，得到主要結(jié)論如下:
　　

2、1)在研究的溫度區(qū)間內(nèi)，隨著溫度的升高反應(yīng)放熱逐漸降低且反應(yīng)更容易向產(chǎn)生氫氣的方向進(jìn)行;上述金屬與水反應(yīng)主要固態(tài)生成物分別為Al2O3、MgO、Li2O、LiAlO2、MgAl2O4，且他們的量隨溫度變化很小，溫度對(duì)金屬與水反應(yīng)的固態(tài)生成物種類影響較小。壓力對(duì)金屬與水反應(yīng)的影響很小。對(duì)于單一金屬鋁和鎂，燃水比為當(dāng)量比時(shí)，反應(yīng)放出的熱量最大，富燃料和富氧化劑的條件下都需要熱量去加熱富余的物質(zhì);而對(duì)于金屬鋰，燃料越多，反應(yīng)放熱越多;對(duì)鋁鋰和

3、鋁鎂合金來(lái)說(shuō)，不同的組成對(duì)應(yīng)不同的生成物組成，在金屬鋁中添加金屬鋰或者金屬鎂形成合金后與水反應(yīng)，生成的LiAlO2和MgAl2O4可以有效的破除單一金屬鋁與水反應(yīng)生成的致密氧化膜Al2O3。在反應(yīng)中，加入過(guò)量的H2O有助于吸收反應(yīng)放出的熱量，降低反應(yīng)容器內(nèi)的溫度;2mol鋁鋰或鋁鎂合金與10molH2O反應(yīng)，絕熱溫差將近2000℃，這對(duì)實(shí)際應(yīng)用中降低反應(yīng)區(qū)溫度有指導(dǎo)意義。
　　2)對(duì)同種金屬相同配比，隨著溫度的升高，金屬與水反應(yīng)的

4、轉(zhuǎn)化率X增大，即X920℃＞X820℃＞X720℃。相同溫度同樣配比下，含金屬鋰的混合物的轉(zhuǎn)化率大于含金屬鎂的混合物的轉(zhuǎn)化率，即XAl-Li＞XAl-Mg＞XAl，且XAl-Mg和XAl兩者相差很小，而遠(yuǎn)小于XAl-Li。不同種類的金屬與水反應(yīng)生成物形貌性質(zhì)不同，根據(jù)XRD分析知道，除純鋁易生成團(tuán)轉(zhuǎn)聚集物外其他種類金屬生成物相對(duì)比較疏松且易于處理，易清除程度排列如下:Al-Li-Mg合金＞Al-Li-Mg金屬混合物＞金屬鋁鋰混合物＞金屬