Способ очистки тетрафторида циркония от примесей



Способ очистки тетрафторида циркония от примесей
Способ очистки тетрафторида циркония от примесей
Способ очистки тетрафторида циркония от примесей
Способ очистки тетрафторида циркония от примесей
Способ очистки тетрафторида циркония от примесей
Способ очистки тетрафторида циркония от примесей

 


Владельцы патента RU 2512726:

Русаков Игорь Юрьевич (RU)
Буйновский Александр Сергеевич (RU)
Софронов Владимир Леонидович (RU)
Молоков Пётр Борисович (RU)

Изобретение относится к металлургии. Способ очистки тетрафторида циркония от примесей включает сублимацию тетрафторида циркония в смеси с 8-30 мас.% металлического циркония и десублимацию образующихся паров. В качестве металлического циркония могут быть использованы измельченные отходы в виде стружки, обрезков, гарнисажа и опилок. Обеспечивается эффективная очистка тетрафторида циркония от примесей. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к химической технологии получения тетрафторида циркония, очищенного от примесей (алюминия, никеля, кислорода, хрома, железа, кремния), и может быть использовано на рудоперерабатывающих предприятиях и в атомной промышленности.

Известен способ очистки циркония от примесей из азотнокислого раствора экстракцией циркония трибутилфосфатом в инертном разбавителе в водной фазе [Большаков К.А. и др. Технология редких и рассеянных элементов. М.: Высшая школа, 1969. т.2, с.475].

Этому способу, как и другим вариантам экстракционного метода, свойственны высокая стоимость экстрагентов и пожароопасность производства, необходимость использования множества механических и пневматических устройств. Кроме того, очистка циркония от примесей экстракционным методом плохо сочетается с процессами вскрытия циркона и получением чистого металла восстановлением из его тетрафторида.

В качестве наиболее близкого аналога заявленного способа является способ очистки тетрафторида циркония от примесей [Ожерельев О.А., Очистка тетрафторида циркония от примесей 3-d переходных металлов методом сублимации. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, г.Кемерово, Кемеровский государственный университет, 1992, 22 л., см. стр.4-6, 9-10, 18]. Недостатком метода является низкий коэффициент очистки (разделения), в результате чего для уменьшения содержания примесей в тетрафториде циркония, даже при оптимальных температуре и давлении процесса, необходимо проводить несколько ступеней очистки.

Задачей изобретения является повышение эффективности очистки тетрафторида циркония (ТФЦ) от примесей за счет проведения очистки за одну ступень и улучшения теплоподвода к исходному продукту без модернизации существующего оборудования.

Поставленная задача достигается тем, что способ очистки тетрафторида циркония от примесей включает сублимацию исходного тетрафторида циркония и десублимацию образующихся паров, причем сублимации подвергают тетрафторид циркония в виде смеси с 8-30 мас.% металлического циркония, а в качестве металлического циркония используют измельченные отходы в виде стружки, обрезков, гарнисажа, опилок.

Предлагается для увеличения эффективности способа очистки ТФЦ от примесей добавлять в исходный порошкообразный ТФЦ, подвергаемый сублимации, инертный материал, обладающий высокой теплопроводностью и способствующий более интенсивной передаче тепла в объем слоя. В качестве такого инертного материала целесообразно использовать стружку или другие измельченные отходы (гарнисаж, обрезки и т.д.) после получения или обработки металлического циркония. Такие отходы циркония будут, во-первых, вносить минимальное количество примесей в ТФЦ, так как их состав близок к кондиционному металлу, во-вторых, металлический цирконий при высоких температурах интенсивно поглощает многие газообразные продукты, например, фтористый водород и пары воды, что приведет к замедлению процесса коррозии материала сублиматора и вспомогательного оборудования (например, вакуумных насосов). В-третьих, металлический цирконий, имея высокую химическую активность, уменьшает летучесть некоторых примесей, снижая валентность примесных металлов.

Это предположение было проверено экспериментально.

В корпусе одного аппарата при условиях (давление и температура), обеспечивающих процесс сублимации, помещали смесь (шихту) тетрафторида циркония с металлической циркониевой стружкой. Частицы стружки имели размеры в среднем 0,5×4,0×40 мм. Образующиеся пары ТФЦ десублимировались на охлаждаемой поверхности конденсатора. Десублимат взвешивали и определяли количество примесей. Результаты экспериментов приведены в таблице.

Зависимость степени сублимации от содержания стружки в шихте
№ серии № опыта Начальная масса ТФЦ, г Масса стружки в шихте, г начальное содержание стружки в шихте, % Продолжительность сублимации, мин Масса десублимата, г Степень сублимации, %
1 1 300 0 0 90 123,12 41,04
2 300 13,81 4,40 90 138,26 46,09
3 300 20,00 6,25 90 156,20 52,07
4 300 25,00 7,69 90 161,60 53,87
5 300 30,00 9,09 90 193,20 64,40
6 300 35,00 10,40 90 194,00 64,67
7 300 45,00 13,04 90 187,06 62,35
8 300 60,00 16,67 90 177,66 59,22
9 300 90,00 23,08 90 161,60 53,87
10 300 150,00 33,33 90 149,75 49,92
2 1 200 0 0 30 44,10 22,05
2 195 5 2,50 30 45,30 23,23
3 190 10 5,00 30 51,18 26,94
4 185 15 7,50 30 67,70 36,59
5 180 20 7,50 30 68,61 38,12
6 170 30 15,0 30 59,82 35,19
7 160 40 20,0 30 59,00 36,88
8 140 60 30,0 30 55,50 39,64

Из данных, приведенных в таблице, следует, что существенное увеличение выхода десублимата в обеих сериях происходит только до значения начального содержания стружки в шихте 8-10%. Дальнейшее увеличение количества стружки, степень и соответственно скорость сублимации не увеличивается или даже уменьшается.

Далее исследовали поведение примесей при сублимации ТФЦ в присутствии циркониевой стружки. Известно, что металлический цирконий при повышенных температурах обладает значительной химической активностью по отношению ко многим веществам. В качестве примера можно привести некоторые уравнения процессов

7Zr+6H2O=3ZrO2+4ZrH3 (при Т<800°C);

Zr+2Н2О=ZrO2+2H2 (при Т>800°C);

Zr+O2=ZrO2;

Zr+4HF=ZrF4+2H2;

Zr+N2=2ZrN;

2Zr+NO2=ZrN+ZrO2;

2Zr+CO2=ZrC+ZrO2;

5Zr+SiF4=Zr4Si+ZrF4.

Из уравнений следует, что такие примеси, как кислород, углерод, азот и кремний могут переходить в химически прочные, не возгоняющиеся в условиях сублимации ТФЦ соединения.

Для экспериментального подтверждения этих предположений были отобраны усредненные пробы от десублимата второй серии опытов для анализа на содержание основных примесей. Результаты анализа приведены на фиг.1-6.

Из данных, приведенных на фиг.1-6, следует, что с увеличением содержания стружки в исходной шихте концентрация всех указанных примесей в десублимате уменьшается. Резкое снижение концентрации примесей (например, кислород, алюминий, никель) происходит до значения содержания стружки 8-12%, затем с увеличением содержания стружки в шихте до 30% концентрация примесей в десублимате уменьшается менее интенсивно.

Эксперименты показали, что при использовании смеси тетрафторида циркония с содержанием циркониевой металлической стружки до 30% уменьшается количество примесей в десублимате ТФЦ:

алюминия - в 7 раз,

никеля - более чем в 3,5 раза,

кислорода - в 1,9 раза,

хрома - в 1,8 раза,

железа - в 2,5 раза,

кремния - более чем в 2,2 раза.

При этом циркониевая стружка в процессе сублимации тетрафторида циркония практически не теряет своих первоначальных свойств и может использоваться неоднократно.

Способ был успешно опробован в промышленных условиях на существующем аппарате с разовой загрузкой смеси ТФЦ с циркониевой стружкой до 500 кг. При этом количество примесей в десублимате уменьшилось в соответствии с результатами эксперимента, а производительность аппарата увеличилась на 24,5%.

Таким образом, предлагаемый способ очистки циркония от примесей (алюминия, никеля, кислорода, хрома, железа, кремния) позволяет эффективно проводить процесс очистки за одну ступень. При этом увеличивается скорость десублимации, а сам процесс можно проводить в существующих аппаратах без какой-либо модернизации.

1. Способ очистки тетрафторида циркония от примесей, включающий сублимацию исходного тетрафторида циркония и десублимацию образующихся паров, отличающийся тем, что сублимации подвергают тетрафторид циркония в смеси с металлическим цирконием в количестве 8-30 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве металлического циркония используют измельченные отходы в виде стружки, обрезков, гарнисажа, опилок.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу и устройству для добавления порошка в жидкий металл. .

Изобретение относится к черной металлургии, к области электротермической техники. .

Изобретение относится к области металлургии и предназначено, в частности, для выплавки, раскисления, легирования и обработки стали. .

Изобретение относится к области получения особо чистого гафния, в частности к устройствам для получения гафния методом йодидного рафинирования, и может быть использовано также для получения других йодидных металлов.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к внепечной обработке стали. .

Изобретение относится к металлургии, химической технологии, получению металлов высокой чистоты, преимущественно кремния, устройствам для очистки жидких металлов электропереносом в поперечном магнитном поле.
Изобретение относится к области получения чистых металлов способом иодидного рафинирования и может быть применено для получения иодидного гафния и других металлов.

Изобретение относится к технологии редких и рассеянных элементов и может быть использовано при получении индия высокой чистоты полупроводникового сорта. .

Изобретение относится к металлургии, химической технологии, получению металлов высокой чистоты, преимущественно кремния, в частности к устройствам для очистки жидких металлов электропереносом в магнитном поле.
Изобретение относится к технологии получения соединений циркония из бадделеитового концентрата, в частности оксохлорида и диоксида циркония, и может найти применение в волоконной оптике при получении функциональной керамики, специальных стекол, монокристаллов фианита.
Изобретение относится к технологии редких металлов, в частности к гидрометаллургии циркония и гафния. Способ разделения циркония и гафния включает получение гидроксидов циркония и гафния при температуре, не превышающей 30-35°С, обезвоживание полученных гидроксидов циркония и гафния, растворение их в азотной кислоте и последующее извлечение циркония экстракцией трибутилфосфатом из полученного раствора в противотоке, причем из ячейки в середине каскада выводят водную фазу, добавляют в нее азотную кислоту и полученный раствор вводят в следующую ступень по движению водной фазы.

Изобретение относится к способу получения металлического циркония из материала, содержащего оксихлорид циркония и оксихлорид гафния, а, конкретно, к способу получения металлического циркония прямым восстановлением или электролитическим рафинированием в расплаве солей из материала, содержащего, по меньшей мере, одно из соединений циркония, выбранных из оксихлорида циркония и оксида циркония, образующихся на промежуточной стадии.

Изобретение относится к химической технологии получения ядерно-чистого циркония, конкретно к технологии очистки циркония от гафния, и может быть использовано на рудоперерабатывающих предприятиях и в атомной промышленности.
Изобретение относится к получению слитков гафния и может быть использовано для получения слитков тугоплавких металлов в электронно-лучевой печи. .

Изобретение относится к химической технологии редких и тугоплавких металлов, а именно к технологии очистки циркония от гафния. .

Изобретение относится к способу получения диоксидов циркония и кремния из циркона. .

Изобретение относится к переработке цирконийсодержащего природного сырья, в частности циркониевого концентрата, и может быть использовано для получения микродисперсного диоксида циркония высокой чистоты.
Изобретение относится к способу переработки эвдиалитового концентрата. Способ включает разложение концентрата минеральной кислотой с получением геля, термическую обработку геля, регенерацию кислоты, водное выщелачивание геля с переводом в раствор редкоземельных элементов (РЗЭ), а в нерастворимый остаток - соединения циркония. Затем ведут отделение раствора от остатка и выделение из остатка соединения циркония. При этом разложение концентрата ведут при расходе кислоты 90-110% от стехиометрического количества, а термическую обработку геля, водное выщелачивание геля и регенерацию кислоты производят одновременно в автоклавных условиях при температуре 175-250°C в течение 1-4 часов с получением раствора РЗЭ, содержащего свободную кислоту. Соединение циркония выделяют из нерастворимого остатка путем мокрого гравитационного сепарирования. В качестве минеральной кислоты используют соляную или азотную кислоты. Техническим результатом является упрощение аппаратурного оформления и улучшение условий труда. 2 з.п.ф-лы, 6 пр.
Наверх