Способ разделения тетрахлоридов циркония и гафния

 

Использование: для разделения тетрахлоридов циркония и гафния. Сущность изобретения: тетрахлориды циркония и гафния предварительно растворяют в растворителе - хлоралюминате калия при температуре 280-350°С до достижения концентрации тетрахлоридов 25-55 г на 100 г растворителя. Полученный раствор подают с регулируемым расходом в испаритель, соединенный с ректификационной колонной, имеющей давление, равное давлению в испарителе, при этом испарение проводят при 430-550°С и давлении 0,0005-0,15 МПа. 1 ил.

Изобретение относится к неорганической химии разделению тетрахлоридов циркония и гафния.

Известен способ разделения, который включает подачу в колонку в виде паров неочищенного тетрахлорида циркония, содержащего гафний, полученных в результате сублимации. Разделение осуществляют методом ректификации тетрахлоридов в растворителе хлоралюминате калия. Однако непрерывное введение таких паров под давлением, лежащим между 0,0005 и 0,15 МПа, со стабильным и достаточно точно определенным, является трудным для реализации. При этом введение инертного газа нарушает работу колонны и нельзя регулировать расход паров хлоридов с точностью выше 1% Вместе с гранулами хлорида может быть в процесс введен воздух, а содержащийся в нем кислород вызывает коррозию материала колонны.

Но основным недостатком известного способа являются колебания и неточность регулировки подачи парообразных хлоридов, вводимых в колонну.

Заявитель разработал способ введения, например, тетрахлорида циркония, содержащего гафний, в экстрактивную дистилляционную колонну, который является более точным и более надежным, в который не добавляют нейтральный газ даже в незначительных количествах и который может работать при перепаде давлений, лежащем между малыми величинами, например, 0,0005 и не более 0,15 МПа, учитывая, что этот перепад давлений является таким, который существует между сублиматором и колонной, с одной стороны, и атмосферой, с другой стороны.

Пример и схема, данные для иллюстрации, позволяют лучше понять осуществление способа изобретения.

Данный пример относится к введению содержащего гафний ZrCl₄ в экстрактивную дистилляционную колонну непрерывного действия для тетрахлоридов циркония и гафния.

На чертеже схематически представлено устройство для введения в такую колонну тетрахлорида циркония, содержащего гафний.

Емкость для растворения 1, представленная схематически, представляет собой сосуд, снабженный средствами для обогрева. Туда вводят, например, через одно или два отверстия 2 в крышке 400 кг ZrCl₄, содержащего гафний, в виде твердого порошка, затем соль КAlCl₄ жидкую при температуре, лежащей между 250 и 350^оС, для первого растворения. Для последующих растворений через отверстие 3 может быть рециклизован раствор, обедненный по ZrCl₄, содержащему гафний, т.е. растворитель, содержащий, например, 2-10 г ZrCl₄, содержащего гафний, на 100 г растворителя, хорошее значение в нем концентрации ZrCl₄, содержащего гафний, позволяет регулировать количества порошкообразного тетрахлорида и растворителя для получения раствора практически постоянного состава. После закрывания отверстий 2 и 3 нагревают емкость для растворения 1, что благоприятствует растворению ZrCl₄, содержащего гафний, и получают раствор, содержащий 40 г ZrCl₄, содержащего гафний, на 100 г растворителя при температуре O_I, лежащей между 280 и 350^оС. Этот раствор, титр которого определен с точностью до 1% может быть в некоторых случаях отфильтрован, чтобы снизить в нем содержание твердых примесей, которые могут мешать работе насоса 5 и расходомера (смотри дальше). Раствор предпочтительно хранят в запасной емкости 4, где его в некоторых случаях подогревают до определенной температуры и откуда его подают непрерывно через насос 5 и испаритель 6 в колонну 7.

Раствор забирают насосом 5, который нагнетает его в испаритель 6, который соединен патрубком с экстрактивной дистилляционной колонной 7 и который находится под тем же давлением, что и колонна. Правильное нагнетание жидкости в аппарат под давлением, доходящим до 0,15 МПа, получают с помощью дозирующего насоса или центрифужного насоса такого типа, который используют при температуре между 280 и 350^оС с терможидкостями или с расплавленными солями. Расход раствора должен быть измерен и отрегулирован с точностью больше 1% чтобы обеспечить правильное питание и хорошую работу колонны 7. Для этого в случае центрифужного насоса на выходе насоса устанавливают расходомер и регулятор расхода 8.

Испаритель 6 обеспечивает подвод необходимого тепла к раствору, который накачан туда для нагрева до такой температуры, что испарение ZrCl₄, содержащего гафний, является почти полным (между 430 и 550^оС), испаряется по крайней мере 70% ZrCl₄, содержащего гафний, а чаще всего между 450 и 500^оС испаряется 80-95% ZrCl₄ при давлении в испарителе и в колонне между 0,0005 и 0,15 МПа. Если температура, так же как и давление, являются стабильными, расход паров ZrCl₄, содержащего гафний, в колонну 7 является стабильным и определенным с точностью более 1% Обедненный раствор, содержащий, например, около 4 г ZrCl₄, содержащего гафний, в 100 г растворителя, если выход при испарении или сублимации растворенного ZrCl₄, содержащего гафний, составляет 90% вытекает из испарителя или потоком или путем регулирования уровня и его предпочтительно из соображений экономии рециклизуют. Этот обедненный раствор затем направляют, в некоторых случаях после охлаждения примерно до 330^оС, в резервную емкость 9, откуда его набирают на следующее растворение, обедненный раствор тогда вводят в известном количестве в емкость для растворения через патрубок, соединенный с отверстием 3. Если обедненный раствор идет потоком, необходимо предусмотреть тарированный клапан 10 или гидравлический затвор типа сифона, чтобы избежать понижения давления в испарителе 6 и за колонной 7.

В общем способ изобретения может применяться как для питания колонн с пониженным давлением, так и для питания колонн с повышенным давлением.

Уже указано, что жидкий растворитель, в котором упругость паров и растворимость ZrCl₄, содержащего гафний, меняется значительно в зависимости от температуры и давления, предпочтительным является хлоралюминат калия KAlCl₄ или (KCl, AlCl₃). Интервал концентраций, используемый на практике, составляет тогда 25-55 г сырого ZrCl₄ на 100 г этого растворителя, предпочтительная концентрация составляет 35-45 г ZrCl₄ на 100 г этого растворителя. Способ позволяет вводить в экстрактивную дистилляционную колонну 7 для ZrCl₄ и HfCl₄ пары сырого продукта (ZrCl₄, HfCl₄) в чистом виде без смешивания с инертным газом со стабильным и известным расходом.

Способ также применим к HfCl₄ с тем же растворителем и при концентрациях того же порядка величин.

Способ изобретения применяется на практике в установках по производству ZrCl₄ ядерной частоты и HfCl₄.

Формула изобретения

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ТЕТРАХЛОРИДОВ ЦИРКОНИЯ И ГАФНИЯ методом ректификации тетрахлоридов в растворителе хлоралюминате калия, отличающийся тем, что осуществляют предварительное растворение тетрахлоридов циркония и гафния в хлоралюминате калия при 280 350^oС до достижения концентрации тетрахлоридов 25 55 г на 100 г растворителя с последующей подачей раствора с регулируемым расходом в испаритель, соединенный с ректификационной колонной и имеющей давление, равное давлению в испарителе, испарение проводят при температуре 430 550^oС и давлении 0,0005 0,15 МПа.

РИСУНКИ

Рисунок 1