Способ получения металлического бериллия


 


Владельцы патента RU 2613267:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к производству металлического бериллия. Металлический бериллий получают магнийтермическим восстановлением фторида бериллия при 900°C в высокочастотных электрических печах с графитовым тиглем. Для восстановления в графитовый тигель порошкообразный магний и фторид бериллия укладывают слоями. Самый верхний слой фторида бериллия и самый нижний слой магния составляют не менее 40% от всего количества реагента. Количество магния, используемое для проведения восстановления, составляет 75% от стехиометрически необходимого. Восстановление бериллия и плавку проводят в атмосфере аргона. После плавки продуктов и их охлаждения до 600-650°C в тигель снова слоями помещают фторид бериллия и порошкообразный магний и повторяют процесс восстановления. Техническим результатом является снижение потерь бериллия и расхода фторида бериллия и магния. Выход чернового бериллия составляет 85-90%. 2 пр.

 

Изобретение относится к металлургии и направлено на совершенствование производства металлического бериллия, на снижение потерь и расхода бериллия и магния в ходе процесса магнийтермического восстановления металлического бериллия, востребованного в различных отраслях промышленности.

Известен способ, в котором фторид бериллия восстанавливают при 900°C в высокочастотных электрических печах с графитовым тиглем, диаметром до 610 мм [Г.Ф. Силина, Ю.И. Зарембо, Л.Э. Бертина Бериллий. Химическая технология и металлургия. М.: Атомиздат, 1960, с. 97-101]. Для восстановления используют кусковой магний, размеры кусков достигают 25 мм; общий вес загрузки составляет 118 кг гранулированного фторида бериллия и 43,5 кг магния. Практический опыт фирмы «Браш Бериллиум» показал, что фторид бериллия является наилучшим и наиболее экономически выгодным флюсом. Для проведения восстановления магний берут в количестве 75% от стехиометрически необходимого по реакции; при таком соотношении бериллий легко отделяется от шлака. Фторид бериллия, оставшийся в шлаке после восстановления, выщелачивают водой в процессе мокрого измельчения шлака, в осадке остается нерастворимый фторид магния.

Увеличение количества магния до 85% от стехиометрически необходимого делает практически невозможным отделение бериллия от шлака. Восстановление является периодической операцией; при расходе мощности на одну печь от 75 до 100 кВт продолжительность цикла составляет около 3,5 ч. После окончания реакции восстановления (900-1000°C) температуру в печи повышают до 1300°C для осуществления расплавления смеси и разделения продуктов реакции. Бериллий, ввиду меньшей плотности по сравнению со шлаком, располагается в результате плавки над шлаком. Восстановленный металл и шлак сливают по очереди через горловину тигля в специальные изложницы.

Недостатки данного способа:

- низкая производительность процесса;

- низкий процент использования полезного объема печи;

- низкий выход по бериллию (около 66-67%);

- удаление значительного количества не прореагировавшего магния в виде паров при проведении процесса восстановления;

- использование кускового, а не порошкового, металлического магния уменьшает площадь поверхности взаимодействия реагентов.

Известен способ получения бериллия, взятый за прототип [В.Т. Дзуцев, Н.П. Брылев, В.Е. Брюханов, М.В. Караваев, В.А. Муравьев, А.В. Шереметьев. Способ получения бериллия. Авторское свидетельство СССР №816178, от 04.05.1978 г.], в котором магнийтермическое восстановление фторида бериллия происходит при 900°C в высокочастотных электрических печах с графитовым тиглем с порционной загрузкой фторида бериллия в три стадии: на первой загружают 40-45% BeF2, на второй - порциями по 1-2%, далее по мере их расплавления загружают 52-55% фторида бериллия, на третьей стадии вводят при нагреве оставшиеся 3-5% фторида бериллия до разделения продуктов реакции. Необходимое количество металлического кускового магния предварительно загружается в тигель в полном необходимом объеме.

Недостатки данного способа:

- при получении металлического бериллия данным способом необходимый избыток фторида бериллия возрастает до 33%;

- неравномерный прогрев смеси и протекание реакции по всему объему тигля.

Задача - увеличение производительности процесса металлотермического восстановления BeF2 и выхода по металлическому бериллию, сокращение потерь реагентов, удаляющихся из зоны реагирования в виде паров.

Способ получения металлического бериллия включает магнийтермическое восстановление бериллия при 900°C в высокочастотных электрических печах с графитовым тиглем. Способ отличается тем, что используемые реагенты - фторид бериллия и порошкообразный магний - укладывают слоями поочередно. Масса самого верхнего слоя фторида бериллия составляет не менее 40% от всего его количества, и масса нижнего слоя магния составляет не менее 40% от всего его количества. Количество порошкообразного магния для восстановления составляет 75% от стехиометрически необходимого. Процесс восстановления бериллия и разделения фаз металла и шлака проводят в токе аргона. По завершению переплавки тиглю дают остыть до 550-600°C. Производят догрузку реагентов в том же порядке и повторяют операции восстановления и переплавки до тех пор, пока продукты процесса не займут 3/4 объема тигля.

Процесс магнийтермического восстановления бериллия проводят при 900°C в высокочастотных электрических печах с графитовым тиглем. Для восстановления используют порошкообразный металлический магний. Использование порошкообразного металлического магния позволяет многократно увеличить площадь поверхности взаимодействия реагентов, что благоприятно сказывается на производительности процесса восстановления. Для улучшения контакта фаз и равномерного распределения нагрева шихты в графитовый тигель порошкообразный магний и фторид бериллия укладывают слоями. Такой способ укладки также повышает производительность процесса и выход металлического бериллия. Вследствие того, что температура плавления магния составляет всего 650°С, в ходе процесса восстановления магний интенсивно испаряется. Для осуществления сорбции и улавливания паров легкоплавкого магния-восстановителя слой фторида бериллия помещают на слой металлического магния (tпл(BeF2)=797°C). В зависимости от объема тигля количество слоев может варьироваться. В то же время самый верхний слой фторида бериллия, так же, как и самый нижний слой магния, составляют не менее 40% от всего количества реагента. Количество магния, необходимое для проведения восстановления, составляет 75% от стехиометрически необходимого. Избыток фторида бериллия необходим в качестве флюса для осуществления разделения фаз металлического бериллия и шлака. Для предупреждения сгорания порошкообразного магния в атмосфере воздуха и появления оксикарбонитридов получаемого бериллия восстановление проводят в атмосфере аргона.

Процесс восстановления при 900-950°С проводят до прекращения яркого свечения реакционной массы. Далее температуру в печи поднимают до 1300-1350°С для расплавления и разделения продуктов реакции. Расплавленные продукты дают усадку и, как правило, в жидком состоянии занимают 17-20% от первоначального объема. Для рационального использования полезного объема тигля после плавки продуктов и их охлаждения в токе аргона до 600-650°С в тигель снова слоями помещают фторид бериллия и порошкообразный магний и повторяют процесс восстановления. Догрузку реагентов осуществляют до тех пор, пока расплав продуктов реакции не займет 3/4 тигля. Металлический бериллий, ввиду меньшей плотности, всплывает над шлаком. После прекращения подачи аргона восстановленный металл и шлак сливают по очереди через горловину тигля в отдельные изложницы.

Без учета бериллия, содержащегося в избыточном количестве BeF2, используемом в качестве флюса, выход по черновому бериллию по данному методу составляет 85-90%.

Преимущества данного метода:

- использование порошкообразного металлического магния увеличивает площадь поверхности реагирования, тем самым увеличивает скорость реакции, что благоприятно влияет на производительность процесса;

- укладка слоями реагентов позволяет улучшить контакт фаз и равномерно распределить нагрев шихты, что благоприятно сказывается на производительности процесса и выходе металлического бериллия;

- укладка слоя фторида бериллия поверх слоя магния предупреждает удаление магния из зоны реакции и способствует повышению выхода металлического бериллия;

- послойная укладка реагентов и использование порошкообразного магния позволяет снизить избыточное количество фторида бериллия, необходимое для эффективного разделения фаз металла и шлака, с 33 до 25%;

- проведение реакции магнийтермического восстановления бериллия в атмосфере аргона позволяет предупредить возгорание порошкообразного металлического магния и образование оксикарбонитридов бериллия.

Пример 1

Для восстановления металлического бериллия используют 200 г фторида бериллия и 76,6 г порошкообразного металлического магния, что составляет 75% от стехиометрически необходимого количества магния. Реагенты распределены на 4 последовательные загрузки. В графитовый тигель реагенты загружают в 4 слоя (сверху вниз): 25 г BeF2, 9,575 г магния, 25 г BeF2, 9,575 г магния. Масса верхнего слоя фторида бериллия составила 50% от массы всего BeF2. Аналогично, масса нижнего слоя магния составила 50% от общего количества всего магния-восстановителя. Тигель с шихтой помещают в высокочастотную электрическую печь с крышкой, в которую вмонтирован патрубок для подачи аргона. Перед восстановлением тигель продувают аргоном в течение 5 мин. Шихту нагревают до 910°С и ведут процесс восстановления до прекращения свечения из-под крышки печи, поддерживая подачу аргона на уровне 100 мл/мин. Свечение наблюдалось в течение 37 секунд. Затем температуру в печи доводят до 1340°С и выдерживают шихту в течение 30 мин, не прекращая подачу инертного газа. При этом происходит полное расплавление и усадка продукционной смеси. Далее отключают нагрев и дают остыть продуктам до 600°С. В остуженный тигель догружают реагенты послойно по методике, описанной выше, и повторяют операцию по проведению восстановления бериллия и переплавке продукционной массы. Восстановленный металл при 1320°С сливают через горловину тигля в специальную изложницу, шлак сливают при 1200°С (температура плавления шлака составляет 1170°С). В ходе восстановления получен черновой металл массой 24,961 г, выход по бериллию составил 87%.

Пример 2

Отличается от примера 1 тем, что реагенты распределены на 4 последовательные загрузки. В графитовый тигель реагенты загружают в 6 слоев (сверху вниз): 20 г BeF2, 5,745 г магния, 15 г BeF2, 5,745 г магния, 15 г BeF2, 7,660 г магния. Масса верхнего слоя фторида бериллия составила 40% от массы всего BeF2. Аналогично, масса нижнего слоя магния составила 40% от общего количества восстановителя. Шихту нагревают до 950°С и ведут процесс восстановления до прекращения свечения из-под крышки печи. Свечение наблюдалось в течение 24 секунд. Затем температуру в печи доводят до 1315°С и выдерживают шихту в течение 30 мин, не прекращая подачу инертного газа. В ходе восстановления получен черновой металл массой 25,708 г, выход по бериллию составил 89,5%.

Таким образом, достигнуты следующие технические результаты:

- использование порошкообразного магния и послойная укладка реагентов позволяет увеличить площадь поверхности взаимодействия, улучшить контакт фаз и равномерно распределить нагрев реакционной смеси, что приводит к увеличению скорости реакции магнийтермического восстановления бериллия и, соответственно, к увеличению производительности по металлу;

- рациональное использование полезного объема тигля (осуществление догрузок новых партий реагентов после усадки предшествующих), использование порошкообразного восстановителя-магния и послойная укладка реагентов позволяет повысить выход бериллия;

- размещение слоев фторида бериллия над легкоплавким восстановителем - магнием позволяет сократить потери магния в виде паров при проведении восстановления.

Способ получения металлического бериллия, включающий магнийтермическое восстановление фторида бериллия при 900°С, переплавку и разделение фаз металла и шлака в высокочастотных электрических печах с графитовым тиглем, отличающийся тем, что при восстановлении фторид бериллия и порошкообразный магний в качестве реагентов используют в виде уложенных поочередно слоев, причем масса самого верхнего слоя фторида бериллия составляет не менее 40% от всего его количества, а масса самого нижнего слоя магния составляет не менее 40% от всего его количества, при этом количество порошкообразного магния для восстановления составляет 75% от стехиометрически необходимого, а процессы восстановления фторида бериллия, переплавки и разделения фаз металла и шлака проводят в токе аргона, по завершению переплавки и остыванию тигля до 550-600°С производят догрузку упомянутых реагентов в том же порядке и повторяют операции восстановления и переплавки до заполнения продуктами процесса 3/4 объема тигля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу и устройству для приведения в контакт двух несмешивающихся жидкостей. Способ приведения в контакт без смешивания первого вещества, состоящего из металла или сплава металлов, в жидком состоянии, и второго вещества, состоящего из соли или смеси солей, в жидком состоянии, в котором: помещают первое вещество в твердом состоянии в первый контейнер, приводят в контакт первый контейнер со вторым веществом в твердом состоянии, находящимся во втором контейнере, подвергают первый и второй контейнеры воздействию электромагнитного поля, первое вещество в жидком состоянии приходит в движение, второе вещество в твердом состоянии начинает плавиться под действием потока тепла от первого контейнера, второе вещество в жидком состоянии приходит в движение, первое вещество в жидком состоянии остается в контакте со вторым веществом в жидком состоянии в течение периода времени, извлекают первый контейнер из второго вещества в жидком состоянии, охлаждают первый контейнер до тех пор, пока первое вещество не вернется в твердое состояние.

Изобретения относится к способам изготовления предметов для гражданских и/или промышленных объектов на Луне, Марсе и/или астероиде. Способ включает этапы обеспечения оборудованием, выработку электричества с помощью фотоэлектрической панели, извлечение реголита из грунта с помощью экскаваторов, электростатическое или магнитное обогащение реголита, смешивание обогащенных минералов с алюминиевым порошком.

Изобретение относится к алюминотермическому получению сплава на основе хрома. Шихта содержит окись хрома, алюминий, окислитель в виде натрия бихромата и хромового ангидрида, гидроокись кальция с содержанием углерода не более 0,2 мас.%, соль поваренную, известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.%, известь с содержанием углерода не более 0,5 мас.%, концентрат плавиковошпатовый и распыленный воздухом порошок железный.

Изобретение относится к переработке отвального сталеплавильного шлака. Способ включает грохочение с выделением негабаритных кусков шлака, магнитную сепарацию барабанным железоотделителем, дробление на щековой дробилке, магнитную сепарацию барабанным железоотделителем полученного после дробления продукта, дробление на центроударной дробилке и магнитную сепарацию.

Изобретение относится к способу алюмотермического получения титана из его тетрахлорида. Восстановление ведут во встречных турбулентных потоках с дисперсным алюминием в инертном газе.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству ферросплавов - феррохрома и ферротитана. Способ включает смешивание порошков исходных компонентов шихты, содержащей рудный концентрат и алюминий в качестве восстановителя, инициирование процесса горения, механическое отделение полученного литого ферросплава от шлаков.

Предложен способ получения титана восстановлением его из тетрахлорида с применением жидкого тетрахлорида и дисперсного алюминия в качестве восстановителя. Процесс проводят в температурном диапазоне от -23°C до +137°C и массовом соотношении исходных тетрахлорида титана и алюминия не менее, чем 5,27 к 1,00 при интенсивном перемешивании.

Группа изобретений относится к получению губчатого титана термическим восстановлением тетрахлорида титана жидким магнием. Устройство содержит реторту с ложным днищем, оснащенную крышкой с центральным патрубком и патрубком для подачи аргона, сливным устройством, и реакционную камеру.

Изобретение относится к переработке техногенных отходов. Готовят шихту путем смешивания медного гальваношлама с карбонатом натрия, хлоридом натрия и с углем или углем и касситеритовым концентратом.

Группа изобретений относится к цветной металлургии. Устройство содержит реторту с ложным днищем, оснащенную сверху крышкой с центральным патрубком и патрубком для подачи аргона, сливным устройством снизу и вибрирующим устройством, установленным в центральном патрубке.

Изобретение относится к получению металлического бериллия из бериллиевых концентратов. Бериллийсодержащее сырье смешивают с гидрофторидом аммония, взятого с 5-20%-ным избытком согласно стехиометрически необходимого количества.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для извлечения бериллия методом ионного обмена проводят измельчение бериллийсодержащей руды, ее сульфатизацию, выщелачивание, разделение пульпы.
Изобретение относится к способу переработки бериллиевых концентратов, содержащих флюорит, в частности к переработке бертрандит-фенакит-флюоритового концентрата, и может быть использовано при производстве гидроксида бериллия.

Изобретение относится к способу совместной переработки бериллиевых концентратов. Согласно изобретению берилловый концентрат активируют путем его измельчения до получения рентгеноаморфного продукта с крупностью частиц менее 5 мкм, а бертрандит-фенакит-флюоритовый концентрат активируют путем добавления в него фторсодержащих соединений в количестве, обеспечивающем содержание фтора 10÷25 мас.%.

Изобретение относится к переработке бериллийсодержащих рудных концентратов до гидроксида бериллия. Способ включает активацию смеси, сульфатизацию активированной смеси серной кислотой, выщелачивание сульфатизированной смеси, разделение пульпы выщелачивания на раствор сульфата бериллия и кек, осаждение гидроксида бериллия из раствора.

Изобретение относится к способу переработки сподуменсодержащих концентратов бериллия. .

Изобретение относится к области металлургии. .

Изобретение относится к переработке радиоактивных отходов, в частности уран-бериллиевых композиций с извлечением урана и радиационно безопасного бериллия, пригодного к применению в народном хозяйстве, а именно к способу получения бериллия из конденсата бериллия переработки уран-бериллиевой композиции.
Изобретение относится к металлургии, в частности к способу извлечения бериллия из бериллсодержащего сподуменового концентрата. .
Изобретение относится к переработке литийсодержащего сырья, в частности к способу извлечения лития из минерального сырья. .
Наверх