ПЛАТИНОВЫЙ СПЛАВ ДЛЯ КАТАЛИЗАТОРНЫХ СЕТОК Российский патент 2015 года по МПК C22C5/04 

Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к платиновым сплавам, предназначенным для изготовления катализаторных сеток, используемых химической промышленностью.

Использование каталитических сеточных пакетов на предприятиях химической промышленности в процессах окисления аммиака (при производстве азотной кислоты и ее производных) широко практикуется на предприятиях разных стран мира. Каталитическую функцию при этом выполняют, как правило, сетки, изготовленные из платиновых сплавов. Жесткие условия эксплуатации (высокие температура и давление) приводят к постепенной эрозии и разрушению сеточного полотна. Необходимость обеспечения высокой каталитической активности сетки и сохранение ее механических характеристик на возможно более длительные сроки эксплуатации предъявляют повышенные и специфические требования к качеству платиновых сплавов, применяемых для изготовления катализаторных сеток.

Наиболее широко при изготовлении катализаторных сеток применяют сплавы на основе платины, содержащие родий и палладий.

Так, известен платиновый сплав для катализаторных сеток следующего состава, мас.%:

платина 92,2-92,8 палладий 3,8-4,2 родий 3,3-3,7

[ГОСТ 13498-79. «Платина и платиновые сплавы. Марки». Государственный комитет СССР по стандартам. Москва. Издательство стандартов. - 1980. 5 с.].

Данный сплав обладает высокой каталитической активностью, достаточно технологичен для сеточного производства, обеспечивает приемлемую живучесть каталитических пакетов при их эксплуатации и является аналогом заявляемому сплаву.

Недостатком сплава-аналога является его чрезмерно высокая стоимость, вызванная высоким содержанием дорогостоящей платины (от 92,2% до 92,8%).

Наиболее близким по составу к заявляемому сплаву является известный платиновый сплав для катализаторных сеток, содержащий, мас.%:

платина 80,3-81,7 палладий 14,5-15,5 родий 3,1-3,9 рутений 0,2-0,8

[Межгосударственный стандарт ГОСТ 13498-79. «Платина и платиновые сплавы. Марки». Государственный комитет СССР по стандартам. Москва. Издательство стандартов. - 1980. 5 с.].

Данный сплав имеет пониженное до 81% содержание платины при относительно высокой концентрации палладия, обладает при этом высокой каталитической активностью, обеспечивает приемлемую живучесть каталитических пакетов при их эксплуатации и принят в качестве прототипа заявляемому сплаву.

К недостаткам сплава-прототипа может быть отнесена недостаточная стабильность механических свойств сплава и изготовленных из него полуфабрикатов по их длине и сечению, вызванная формированием зон с разнозернистой структурой при кристаллизации литых заготовок. Наличие зерен увеличенных размеров в структуре литого сплава-прототипа является нежелательным, так как ведет к технологическим трудностям при изготовлении тонкой проволоки и сеточного полотна.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка состава нового платинового сплава для катализаторных сеток, обеспечивающего формирование однородной мелкозернистой структуры при изготовлении литых заготовок и полуфабрикатов, обладающего стабильными механическими свойствами, обеспечивающего длительную эксплуатацию изготовленных из него каталитических пакетов при сохранении высокой каталитической активности.

Технический результат достигается тем, что платиновый сплав для катализаторных сеток, содержащий палладий и родий, дополнительно содержит тантал при следующем соотношении компонентов, мас.%:

палладий 15,5-16,5 родий 2,7-3,3 тантал 0,005-3,3 платина- остальное

Общим для сплава-прототипа и заявляемого платинового сплава является наличие в сплаве платины, палладия и родия.

Включение в состав заявляемого сплава добавки тантала, являющегося эффективным модификатором, обеспечивает формирование мелкозернистой однородной структуры при кристаллизации расплава, что позволяет получать литые заготовки и полуфабрикаты со стабильными механическими свойствами как по их длине, так и по сечению. Таким образом, введение в платиновый сплав тантала повышает технологические свойства сплава при его использовании для изготовления тонкой проволоки и сеточного полотна, снижает износ фильер и количество обрывов проволоки, облегчает эксплуатацию оборудования при производстве катализаторных сеток. Важно отметить, что введение в сплав добавок тантала сопровождается соответствующим снижением количества дорогостоящей платины, т.е. понижает стоимость пакета, без ухудшения, как показала экспериментальная проверка, каталитической активности сетки.

Снижение содержания тантала в платиновом сплаве ниже 0,005% нежелательно, так как ведет к ослаблению модифицирующего воздействия тантала на сплав.

Превышение верхнего предела содержания тантала (3,3%) в платиновом сплаве нецелесообразно, так как не приводит к улучшению технологических характеристик сплава при его дальнейшем использовании в производстве катализаторных сеток, но может отрицательно сказаться на каталитической активности сеточного пакета.

Соотношение компонентов в заявляемом сплаве предложено на основании экспериментальных исследований, включающих приготовление различных сплавов, изготовление из них тонкой проволоки и катализаторных сеток, использование последних в каталитических пакетах в аппаратах окисления аммиака.

Содержание родия в заявляемом сплаве в интервале от 2,7% до 3,3% обеспечивает сохранение необходимых механических характеристик сплаву, изготовленным из него сеткам, и является оптимальным.

Соотношение платины и палладия в заявляемом сплаве также является оптимальным, выбрано экспериментально исходя из необходимости сохранения высокой каталитической активности сетки, обеспечения длительного срока ее эксплуатации и максимально возможного при этом снижения концентрации дорогостоящей платины.

Пример

Получение платинового сплава для катализаторных сеток проводили прямым сплавлением чистых компонентов. Плавку проводили в индукционной печи УИПВ-63-10-0,01 фирмы «РЭЛТЕК» в тигле из диоксида циркония, стабилизированного СаО.

Состав шихты:

- рубленые слитки и стружка платины аффинированной марки ПлА-0 (чистотой 99,98%) - 5792,0 г;

- кусочки тантала (чистотой 99,7% основного компонента) - 1,1 г;

- рубленые слитки, порошок и стружка палладия аффинированного - 1150,0 г;

- порошок родия (чистотой не менее 99,95% основного компонента) - 214,1 г.

Порошок родия смешали с порошком и стружкой палладия и стружкой платины. Масса стружки (порошка) палладия или платины должна быть не менее массы порошка родия. Все компоненты шихты загрузили в плавильный тигель индукционной печи, кусочки тантала положили на дно тигля. Общая масса загружаемой шихты подбиралась по вместимости плавильного тигля и составляла 7200±100 г. Расчетный состав шихты, мас. %: Pd - 16,10; Rh - 3,00; Та - 0,015; Pt - остальное.

Шихту расплавляли в атмосфере аргона. Расплав подвергли изотермической выдержке в течение 10 минут, слив расплава провели при температуре 1780°С (по показаниям оптического пирометра), в атмосфере аргона, в предварительно разогретую до 200°С медную изложницу.

Охлаждение слитка провели в изложнице в течение 30 мин, после чего открыли крышку печи, выгрузили слиток и его дальнейшее охлаждение провели опусканием в проточную воду.

Масса полученного сплава составила 7150,2 г. После механической зачистки поверхности полученный слиток был опробован, проба подвергнута химическому анализу.

Химический анализ пробы показал, что полученный платиновый сплав содержит 16,05% палладия, 2,95% родия, 0,010% тантала, остальное - платина.

Полученный сплав был прокован в прутки сечением 15∗15мм, длиной 260-290 мм и успешно использован для изготовления катализаторной сетки.

Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к платиновым сплавам, предназначенным для изготовления катализаторных сеток, используемых химической промышленностью. Платиновый сплав для катализаторных сеток содержит, мас.% : палладий 15,5-16,5; родий 2,7-3,3; тантал 0,005-3,3; платина - остальное. Техническим результатом изобретения является формирование однородной мелкозернистой структуры при изготовлении литых заготовок и полуфабрикатов, что позволяет стабилизировать механические свойства и обеспечить длительную эксплуатацию изготовленных из сплава каталитических пакетов при сохранении высокой каталитической активности. 1 пр.

Платиновый сплав для катализаторных сеток, содержащий палладий и родий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тантал при следующем соотношении компонентов, мас.%:
палладий- 15,5-16,5 родий 2,7-3,3 тантал 0,005-3,3 платина остальное