Способ получения металлов

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу получения металлов, включающему взаимодействие металлсодержащего соединения с водородом. Сущность: исходное металлсодержащее соединение переводят в металлсодержащий ацидокомплекс, в состав которого ион восстанавливаемого металла входит в качестве комплексообразователя, диссоциирующего в растворе с образованием комплексных металлсодержащих анионов, получают раствор этого комплексного соединения и восстанавливают металл, воздействуя атомарным водородом на содержащиеся в растворе комплексные металлсодержащие анионы.

Изобретение относится к технологии получения металлов, в частности к технологии получения высокочистых металлов.

Широкоприменяемые в настоящее время в промышленности способы получения металлов не обеспечивают нужную для их практического использования степень чистоты, что приводит к необходимости дополнительной очистки получаемого продукта. Например, при промышленном получении титана руду или концентрат переводят в диоксид титана, который затем подвергают хлорированию. Однако даже при 800-1000^oC хлорирование протекает медленно. С достаточной для практических целей скоростью оно происходит в присутствии углерода, связывающего кислород TiO₂ + 2Cl₂ + 2C TiCl₄ + 2CO.

Полученный хлорид титана восстанавливают магнием TiCl₄ + 2Mg Ti + 2MgCl₂, а образующаяся смесь подвергается нагреванию в вакууме. При этом магний и его хлорид испаряются и осаждаются в конденсаторе. Остаток губчатый титан переплавляют.

Примеси кислорода, углерода, азота резко ухудшают механические свойства титана, а поскольку при высоких температурах титан реагирует с названными неметаллами, его восстановление проводят в герметичной аппаратуре в атмосфере аргона, а очистку и переплавку в высоком вакууме (см. Н.Л.Глинка. Общая химия, Л. Химия, 1984, с.628).

Для получения чистых металлов, например ванадия, используют такие методы как магнийтермическое, кальцийтермическое восстановление его соединений.

Основным недостатком этих способов является высокая энергоемкость.

Ближайшим аналогом к данному изобретению является способ получения металлов, включающий перевод металлсодержащего соединения в раствор и восстановление его атомарным водородом [1] Недостатком этого способа является узкая область распространения, т.к. он не позволяет восстанавливать металлы, входящие в анионы, что не позволяет восстанавливать такие металлы, как германий, кремний, ниобий, бор и другие, не образующие катионов.

Предлагаемое техническое решение позволяет расширить область применения и на другие металлы.

Этот результат достигается тем, что перед переводом в раствор исходное металлсодержащее соединение переводят в металлсодержащий ацидокомплекс, в состав которого ион восстанавливаемого металла входит в качестве комплексообразователя, диссоциирующего в растворе с образованием комплексных металлсодержащих анионов.

Сущность изобретения заключается в возможности использования целого ряда ацидокомплексов, одним из продуктов диссоциации которых в растворах являются комплексные металлсодержащие анионы. Это обстоятельство позволяет для каждого металла подобрать такой ацидокомплекс и такой растворитель, чтобы процесс восстановления металла атомарным водородом сделать оптимальным. Таким образом, предлагаемый способ в отличие от прототипа имеет значительно более широкую область применения.

В качестве примера можно привести процесс восстановления такого тугоплавкого металла, как вольфрам из ацидокомплекса - вольфрамофтористоводородной кислоты H₂[WF₈] диссоциирующей в водном растворе с образованием комплексных анионов [WF₈]^-2. В этом случае процесс восстановления описывается уравнением H₂[WF₈] + 6H W + 8HF В общем случае для металлов, образующих фторсодержащие ацидокомплексы типа указанного выше, процесс восстановления их атомарным водородом описывается уравнением H_m[MeF_(n+m)] + nH Me + (n+m)HF где Me хим.символ металл; n его валентность; m заряд аниона.

В связи с тем, что процесс восстановления происходит в кислой среде, активно взаимодействующей с аморфными и поликристаллическими образованиями металлов, восстанавливаемые металлы образуют более прочные монокристаллические структуры, что снижает содержание примесей в них.

Формула изобретения

Способ получения металлов, включающий перевод металлсодержащего соединения в раствор и восстановление его атомарным водородом, отличающийся тем, что перед переводом в раствор исходное металлсодержащее соединение переводят в металлсодержащий ацидокомплекс, в состав которого ион восстанавливаемого металла входит в качестве комплексообразователя, диссоциирующегося в растворе с образованием комплексных металлсодержащих анионов.