Experiments with Thermite - Chemistry and Chemists № 2 2025

Having noticed a mistake in the text, allocate it and press Ctrl-Enter

Combustion of Thermite: Iron(II, III) Oxide/Aluminum (Fe₃O₄/Al) - Part 5
Горение термита: оксид железа (II, III)/алюминий (Al/Fe₃O₄) - часть 5

In a pyrotechnics textbook, I found the following basic thermite composition:

Fe₃O₄ - 2.75; Al - 1 (by weight).

This composition is close to the one I used in previous experiments (the difference is minor). The current objective is to prepare thermite using aluminum waste.

I planned to approach this task in three stages.

First, test the basic composition by increasing the quantity of the components: 5 g of aluminum and 13.75 g of iron oxide (Fe₃O₄). For this experiment, it was necessary to use high-quality, finely dispersed aluminum to prepare the thermite.

As described in the previous part of the article, thermite made from iron oxide (Fe₃O₄) and aluminum waste ignited and burned very poorly. Repeating this experiment with a simple increase in the amount of aluminum waste seemed illogical.

It was necessary to select an improved thermite composition from the table provided in the book, replacing the additional oxidizers with a cheaper and more accessible alternative - potassium nitrate. Then, this new composition had to be prepared and tested using high-quality, finely dispersed aluminum.

Finally, the experiment had to be repeated using aluminum waste instead of high-quality aluminum in the improved composition.

Stage One: I weighed the components (5 g of aluminum and 13.5 g of iron oxide) and prepared the mixture in an iron mortar. I then poured the mixture onto a sheet of paper and made a "bag" by folding the paper around the thermite. I compressed the bag in the palm of my hand to compact the mixture.

Next, I placed the thermite on sand inside an iron tray and directed a strong flame from a gas burner at it. Sparks flew, and the paper caught fire, but the thermite did not ignite immediately; compacted thermite is much more difficult to ignite. Eventually, a bright yellow flash appeared as the mixture ignited. Combustion lasted about ten seconds, producing numerous yellow sparks. The solidifying iron resembled the crater of an active volcano. After cooling, a piece of irregularly shaped iron had formed.

Photos/Video

Горение термита: оксид железа (II, III)/алюминий (Al/Fe₃O₄) - часть 5

В учебнике пиротехники нашел следующий базовый состав термита:

Fe₃O₄ - 2.75; Al - 1 (by weight).

Данный состав близок к составу, который я использовал в предыдущих экспериментах (разница небольшая). Текущая задача - приготовить термит из отходов алюминия.

Запланировал решить поставленную задачу, разбив ее на три этапа.

Сначала испытать базовый состав, увеличив количество компонентов: 5 г алюминия и 13.75 г оксида железа (Fe₃O₄). В данном эксперименте необходимо было приготовить термит из качественного мелкодисперсного алюминия.

В предыдущей части статьи описано, что термит, приготовленный из оксида железа Fe₃O₄ и отходов алюминия, воспламенялся и горел крайне плохо. Повторять этот эксперимент, просто увеличив количество отходов алюминия, не имело смысла.

Было необходимо выбрать улучшенный состав термита из приведенной в книге таблицы, заменив дополнительные окислители более дешевым и доступным нитратом калия. Затем следовало приготовить и испытать этот термит, используя качественный мелкодисперсный алюминий.

В заключение, необходимо было повторить предыдущий эксперимент, заменив качественный алюминий в улучшенной рецептуре термита отходами алюминия.

Первый этап. Взвесил компоненты (5 г алюминия и 13.5 г оксида железа), приготовил смесь в железной ступке. Пересыпал смесь на лист бумаги, сделал из этого листа "мешочек" с термитом внутри. Сжал мешочек в ладони, уплотняя термит.

Поместил термит на песок внутри железного лотка, направил на него сильное пламя газовой горелки. Образовались искры, загорелась бумага, но термит сразу не воспламенился: уплотненный термит зажечь гораздо труднее. Наконец произошла яркая желтая вспышка: воспламенилась термитная смесь. Горение продолжалось около десяти секунд с образованием большого количества желтых искр. Застывающее железо напомнило кратер активного вулкана. После охлаждения образовался кусочек железа неправильной формы.

Having noticed a mistake in the text, allocate it and press Ctrl-Enter

Combustion of Thermite (Fe₃O₄ + KNO₃ + Al + S) - Part 6
Горение термита (Fe₃O₄ + KNO₃ + Al + S) - часть 6

I selected the following thermite composition from the table above (%wt.):

Iron oxides: 55.2%, aluminum: 25%, barium nitrate: 19.5%, castor oil: 0.3%, and sulfur: 0.9% (over 100%).

I recalculated the thermite composition by replacing barium nitrate with an equivalent amount of potassium nitrate and omitting the castor oil (amounts in grams):

Iron oxide (Fe₃O₄): 11.44 g, aluminum: 5.18 g, potassium nitrate: 3.02 g, sulfur: 0.18 g.

After the experiment, I discovered a minor error in the calculations: the "sulfur - 0.9%" value originated from a neighboring recipe. Apparently, sulfur in that context was used as a binder.

I weighed out the iron oxide, finely dispersed aluminum powder, potassium nitrate, and sulfur. The components were thoroughly mixed. The thermite was compacted by hand, having first been placed in a "bag" made from a sheet of paper. Finally, I set the thermite mixture in a tray filled with sand and ignited it using a strong burner flame.

The thermite ignited immediately. The flash was significantly larger and brighter, but shorter in duration compared to the combustion of the Fe₃O₄ + Al mixture in the previous experiment. After combustion, the formation of a ''drop'' of solidified iron was not observed. Despite the small amount of sulfur, its combustion products produced an unpleasant odor.

Photos/Video

Горение термита (Fe₃O₄ + KNO₃ + Al + S) - часть 6

Выбрал в таблице следующий состав термита (% wt.):

оксиды железа - 55.2, алюминий - 25, нитрат бария - 19.5, касторовое масло - 0.3 и сера - 0.9 (сверх 100%).

Пересчитал состав термита, заменив нитрат бария эквивалентным количеством нитрата калия и исключив добавку касторового масла (количества в граммах):

оксид железа (Fe₃O₄) - 11.44, алюминий - 5.18, нитрат калия - 3.02, сера - 0.18.

После эксперимента обнаружил, что я совершил небольшую ошибку в расчетах: "сера - 0.9%" - это компонент из соседней рецептуры. Видимо, сера используется в качестве связующего.

Взвесил оксид железа, мелкодисперсный порошок алюминия, нитрат калия и серу. Тщательно смешал вещества, после чего уплотнил термит ладонью, предварительно поместив его в "мешочек", сделанный из листа бумаги. Поместил термит в лоток с песком, направил на него сильное пламя горелки.

Термит сразу же загорелся. Вспышка термита была гораздо больше и ярче, зато менее продолжительной по сравнению с горением термита Fe₃O₄ + Al в предыдущем эксперименте. После сгорания смеси "капля" застывшего железа не образовалась. Несмотря на небольшое количество серы в смеси, продукты ее сгорания дали неприятный запах.

Having noticed a mistake in the text, allocate it and press Ctrl-Enter

Combustion of Thermite: Fe₃O₄ + KNO₃ + Al (waste) + S - Part 7
Горение термита: Fe₃O₄ + KNO₃ + Al (отходы) + S - часть 7

I repeated the same procedure as in the previous experiment but replaced the high-quality, finely dispersed aluminum with aluminum waste. I also carefully dried the mixture in a drying cabinet to remove any possible moisture.

The thermite ignited with much greater difficulty, burned less vigorously, and took significantly longer to burn than a similar composition made with finely dispersed aluminum. This time, the burning thermite produced an irregularly shaped piece of iron.

Thus, it is possible to prepare thermite using aluminum waste, but it burns less efficiently and is more difficult to ignite compared to thermite prepared with high-quality, finely dispersed aluminum

Photos/Video

Горение термита: Fe₃O₄ + KNO₃ + Al (отходы) + S - часть 7

Повторил ту же процедуру, что и в предыдущем эксперименте, однако заменил качественный мелкодисперсный алюминий отходами алюминия и тщательно высушил смесь в сушильном шкафу для удаления возможных примесей влаги.

Термит загорелся значительно труднее, горел менее активно и гораздо дольше, чем аналогичный состав с мелкодисперсным алюминием. В этот раз в результате горения термита образовался кусок железа неправильной формы.

Таким образом, термит из отходов алюминия удалось приготовить, однако он горит хуже и загорается труднее, чем термит, приготовленный из качественного, мелкодисперсного алюминия.