Способ получения порошков тантала



Способ получения порошков тантала
Способ получения порошков тантала
Способ получения порошков тантала
Способ получения порошков тантала
B22F2009/041 - Порошковая металлургия; производство изделий из металлических порошков; изготовление металлических порошков (способы или устройства для гранулирования материалов вообще B01J 2/00; производство керамических масс уплотнением или спеканием C04B, например C04B 35/64; получение металлов C22; восстановление или разложение металлических составов вообще C22B; получение сплавов порошковой металлургией C22C; электролитическое получение металлических порошков C25C 5/00)

Владельцы патента RU 2647073:

Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности АО "Гиредмет" (RU)

Изобретение относится к получению порошка тантала. Способ включает активацию слитка тантала нагреванием до 700-900°C и гидрирование в атмосфере водорода при избыточном давлении 0,01-0,3 МПа с использованием в качестве источника водорода насыщенного гидрида интерметаллического соединения LaNi4Co, измельчение синтезированного гидрида тантала до заданной степени дисперсности и дегидрирование полученного порошка ТаНх в две стадии. Сначала дегидрируемый порошок ТаНх нагревают до 800-850°C и поглощают основную часть выделяющегося водорода с использованием в качестве сорбента ненасыщенного гидрида интерметаллического соединения LaNi4Co, затем повышают температуру до 850-900°C и поглощают остаточную часть водорода с использованием предварительно активированного и дегазированного LaNi4Co. Обеспечивается получение порошка тантала с содержанием водорода менее 0,05 мас.%. 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для получения высокочистых порошков тантала гидридным методом.

Гидридный способ получения порошков (ГСПП) основан на использовании водородного охрупчивания металлов, позволяющего измельчать их до требуемой степени дисперсности. ГСПП включает активацию компактного материала нагреванием в вакууме или в атмосфере водорода, гидрирование в процессе ступенчатого охлаждения в водороде, измельчение синтезированного гидрида механическим путем до требуемого гранулометрического состава и дегидрирование полученных порошков при нагревании и удалении выделяющегося газа с помощью вакуумных насосов или специальных сорбентов. В качестве таковых можно использовать материалы, способные обратимо поглощать Н2: некоторые гидридообразующие металлы (например, титан) или интерметаллические соединения (ИМС), что позволяет, во-первых, насыщать диспергируемый металл газом высокой степени чистоты, образующимся при термическом разложении гидридов, а во-вторых, осуществлять вышеописанный процесс ГСПП в замкнутом цикле по водороду. В этом случае гидриды титана или ИМС в насыщенном состоянии служат источниками высокочистого Н2, а в ненасыщенном - поглотителями, обеспечивающими сорбцию основного количества газа, выделяющегося из порошка при дегидрировании.

Известен способ получения порошков редких металлов гидрированием-дегидрированием компактных материалов с использованием водорода в замкнутом цикле. Данный способ включает технологические операции гидрирования, размола, классификации и дегидрирования. При этом чистый водород поступает в систему из насыщенного гидрида титана, а удаление водорода, выделяющегося при дегидрировании порошка, обеспечивается за счет поглощения этого газа ненасыщенным TiHx (Исследования и разработки ИХТРЭМС КНЦ РАН в области материаловедения для решения задач специальной техники / В.Т. Калинников, А.Г. Касиков, В.М. Орлов, Н.Н. Гришин, Б.М. Фрейдин // Химическая технология. 2009. Т. 10, №3. С. 177-182). Главный недостаток такого способа заключается в том, что из-за высоких температур образования и особенно разложения гидрида титана разогрев его до заданного температурного уровня требует много времени и больших затрат электроэнергии, что значительно удлиняет процессы гидрирования компактного металла, снижает их производительность и увеличивает стоимость продукта.

Известно использование интерметаллического соединения LaNi4Co при гидрировании ниобия водородом, выделяющимся при разложении гидрида этого ИМС. Слитки ниобия помещали в реторту, которую затем герметизировали, вакуумировали, заполняли водородом, выделяющимся из насыщенного гидрида ИМС LaNi4Co, нагревали в электропечи до (750±50)°C и делали выдержку при этой температуре в течение 4-5 ч. Начавшийся процесс гидрирования продолжали путем ступенчатого снижения температуры: сначала до (450±50)°C (с выдержкой на этом уровне около 5 ч), потом до 80-100°C (вместе с печью, на протяжении 20-30 ч), а после извлечения реторты из печи - до комнатной температуры (Разработка оксидно-полупроводниковых конденсаторов на основе ниобия / А.В. Елютин, Ю.Б. Патрикеев, Н.С. Воробьева // ГИРЕДМЕТ - 70 лет в металлургии редких металлов и полупроводников: юбилейный сборник. М.: ЦИНАО, 2001. С. 291-306). Продуктом этого технологического процесса был порошок гидрида ниобия, используемый для изготовления анодов оксидно-полупроводниковых конденсаторов (ОПК). Водород из него удаляли уже на стадии изготовления ОПК, поэтому на этапе получения порошка замкнутый цикл реализован не был.

При производстве порошков в замкнутом цикле недостатком данного способа является меньшая по сравнению с гидридом титана сорбционная активность ИМС LaNi4Co при абсолютном давлении ниже 0,1 МПа, которое необходимо для более полного дегидрирования порошка тантала. Поскольку равновесное давление образования гидрида LaNi4CoHx при температуре 20°C находится на уровне 0,12-0,14 МПа, то по мере поглощения водорода, выделяющегося из ТаНх, сорбент насыщается раньше, чем будет достигнуто требуемое потребителями остаточное содержание водорода в порошке тантала ([H]Ta).

Известен также способ получения порошков тантала в замкнутом цикле по водороду (технологическая схема представлена на рис. 1), включающий активацию слитка тантала нагреванием до 700-900°C в атмосфере водорода, гидрирование его с использованием насыщенного гидрида титана в качестве источника водорода, измельчение полученного гидрида тантала до заданной степени дисперсности и дегидрирование полученного порошка тантала с использованием ненасыщенного гидрида титана. Активацию слитка тантала нагреванием ведут в атмосфере водорода при избыточном давлении 0,01-0,3 МПа, которую создают путем десорбции водорода из насыщенного гидрида многокомпонентного интерметаллического соединения La1-yRyNi4Co (где R - редкоземельные металлы цериевой группы и/или мишметалл, 0<y≤1), что инициирует начало гидрирования слитка тантала водородом. Одновременно с активацией слитка тантала нагревают насыщенный гидрид титана до температуры его разложения с выделением водорода и при достижении избыточного давления 0,2-0,3 МПа продолжают начатое гидрирование слитка тантала водородом, выделяющимся при разложении гидрида титана. (Способ получения порошков тантала. Патент RU №2582414, МПК С22B 34/24, B22F 9/04, B22F 9/16, опубл. 27.04.2016.) Способ принят за прототип.

При реализации такого комбинированного варианта ГСПП с участием в технологических процессах двух сорбентов водорода достигается сокращение времени, необходимого для проведения операций гидрирования-дегидрирования. Также обеспечивается снижение потерь водорода и повышение безопасности процесса за счет использования возможности дополнительного поглощения излишнего количества выделяющегося водорода, что позволяет избежать резких скачков давления, которые могут возникнуть из-за инерционности печей и разницы в скоростях выделения водорода и поглощения его гидрируемым металлом. Однако в качестве базового сорбента здесь по-прежнему применяется титан, что требует больших затрат электроэнергии и негативно сказывается на стоимости продукта. Кроме того, как показала практика длительного использования гидрида титана в качестве источника водорода, продолжительное пребывание TiHx при повышенных температурах в тесном контакте с материалом реторты, нержавеющей сталью, стимулирует диффузионные процессы, приводящие к образованию легкоплавких композиций титана с элементами, входящими в ее состав. В результате локального расплавления возможно нарушение целостности реторты, что чревато выбросом водорода и его возгоранием.

Техническим результатом заявленного изобретения является:

1) снижение энергетических затрат на проведение операций гидрирования-дегидрирования и увеличение тем самым экономической эффективности технологического процесса в целом;

2) повышение безопасности процесса.

Технический результат достигается тем, что в способе получения порошков тантала, включающем активацию слитка тантала нагреванием до 700-900°C и гидрирование в атмосфере водорода при избыточном давлении 0,01-0,3 МПа, которую создают путем десорбции его из насыщенных металлогидридов, измельчение синтезированного гидрида тантала до заданной степени дисперсности и дегидрирование полученного порошка с использованием в качестве сорбентов водорода ненасыщенных металлогидридов, согласно изобретению при активации и гидрировании слитка тантала в качестве источника водорода используют насыщенный гидрид интерметаллического соединения LaNi4Co, а дегидрирование проводят в две стадии: сначала дегидрируемый ТаНх нагревают до 800-850°C и поглощают основную часть выделяющегося водорода с использованием в качестве сорбента ненасыщенного гидрида интерметаллического соединения LaNi4Co, затем повышают температуру до 850-900°C и поглощают остаточную часть водорода с использованием предварительно активированного и дегазированного LaNi4Co.

Технологическая схема получения порошков представлена на рис. 2.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Активацию исходного слитка тантала осуществляют нагреванием его до температуры 700-900°C в атмосфере чистого водорода при избыточном давлении 0,01-0,3 МПа, которую создают путем десорбции этого газа из насыщенного гидрида интерметаллического соединения LaNi4Co. Использование этого ИМС в качестве базового сорбента не требует нагревания его до столь высоких температур, которые необходимы для насыщения и дегазации TiHx (350-950°C). Гидрид LaNi4CoHx образуется и разлагается при температурах, близких к комнатной. Поэтому для создания требуемого при активации тантала избыточного давления водорода и подержания его на заданном уровне в процессе гидрирования достаточно подогрева гидрида ИМС до температурного уровня 30-80°C, обеспечивающего разложение LaNi4CoHx и компенсацию сопутствующего этому эндотермического эффекта.

Дегидрирование порошка ТаНх проводят в две стадии: удаление из гидрида тантала основного количества водорода и снижение остаточной концентрации [Н]Та до требуемых потребителями значений.

На первой стадии порошок ТаНх нагревают от комнатной температуры до 800-850°C. В данном интервале выделяется основная часть водорода, которую поглощают с помощью ненасыщенного гидрида LaNi4CoHx. Сорбция осуществляется при комнатной температуре, подогрева поглотителя не требуется. При этом [Н]та снижается до ~0,1% (мас.).

На второй стадии дегидрируемый порошок нагревают до 850-900°C и выделяющийся из него остаточный водород поглощают с помощью дополнительного сорбента - ИМС LaNi4Co, предварительно активированного в атмосфере водорода при комнатной температуре с последующей дегазацией при 80-100°C. В результате получают порошок тантала, содержащий менее 0,05% (мас.) водорода.

Использование ИМС LaNi4Co в качестве базового и дополнительного сорбента водорода позволяет значительно сократить энергетические затраты на проведение операций гидрирования-дегидрирования, поскольку резко уменьшается расход электроэнергии: для подогрева насыщенного гидрида LaNi4Co до 30-80°C и дегазации дополнительного сорбента при 80-100°C ее требуется во много раз меньше, чем при нагревании и поддержании высокой температуры, необходимой для образования (350-400°C) и разложения (550-950°C) гидрида титана. Таким образом, повышается экономическая эффективность ГСПП в замкнутом цикле по водороду. При этом минимизируются риски, связанные с возможностью нарушения целостности реторты из-за образования легкоплавких композиций и локального расплавления ее материала, и, следовательно, обеспечивается безопасное проведение технологического процесса.

Примеры осуществления способа

Исходным материалом для получения порошков тантала служили слитки электронно-лучевой плавки массой около 150 кг. Порошки получали известным методом (пример 1) и заявленным способом (пример 2). Активацию слитка тантала осуществляли нагревом до 700-900°C в атмосфере водорода, которую создавали перед началом подъема температуры. В первом случае для этой цели использовали газ, образующийся при разложении гидрида ИМС La1-yRyNi4Co. Одновременно с гидрируемым металлом нагревали и насыщенный TiHx, а когда избыточное давление водорода, выделяющегося при его разложении, достигало 0,2-0,3 МПа, подавали этот газ в зону реакции. Во втором случае атмосферу водорода создавали и проводили весь процесс гидрирования только за счет разложения насыщенного гидрида ИМС LaNi4Co.

Для осуществления процессов гидрирования-дегидрирования использовали установку, принципиальная схема которой представлена на рис. 3. Слиток тантала загружали в стальную реторту 1, которую помещали в электропечь 2, герметизировали и вакуумировали с помощью форвакуумного насоса 3. Металлогидриды находились в оснащенных мановакумметрами 4-6 стальных герметизированных сосудах: насыщенные - в ретортах 7 и 8 (пример 1), 7 (пример 2); ненасыщенные (в обоих случаях) - в реторте 9; дегазированный (пример 2) - в реторте 8. Реторту 1 заполняли водородом до избыточного давления около 0,01-0,02 МПа и плавно нагревали до температуры активации. При этом давление, регистрируемое мановакуумметром 10, сначала возрастало за счет теплового расширения газа примерно до 0,25-0,3 МПа, а затем снижалось, что свидетельствовало о начале гидрирования. Количество поглощаемого водорода измеряли счетчиком 11, показания которого соответствуют объему, занимаемому газом при нормальных условиях.

Активация слитка занимала 3,5-4 ч, выдержка при достигнутой температуре, обеспечивающая диффузию водорода с поверхности в толщу слитка металла, длилась примерно столько же, и общая продолжительность высокотемпературной фазы процесса составляла ~8 ч. Затем температуру в реторте 1 постепенно снижали вплоть до полного остывания в течение ~40 ч. После выгрузки из реторты синтезированный гидрид тантала измельчали в шаровой мельнице до порошка с размером частиц менее 125 мкм, подвергали классификации и направляли на дегидрирование в стальную реторту 12, оснащенную мановакуумметром 13, которую нагревали электропечью 14 до температуры 850-900°C. Выделяющийся при этом водород пускали в реторту 9, а на стадии удаления остаточного водорода (пример 2) - в реторту 8.

Потоки газа в системе регулировали с помощью вентилей 15. Технический водород, необходимый для первоначального гидрирования титановой губки и интерметаллических соединений (La1-yRyNi4Co и LaNi4Co), поступал из стандартного газового баллона 16 через вентиль 17 и редуктор 18.

Пример 1. Для активации слитка тантала в реторту 1 подавали водород из сосуда 8, заполненного гидридом ИМС La0,78Ce0,22Ni4Co. Одновременно с нагревом танталового слитка до температуры активации разогревали находившийся в реторте 7 насыщенный гидрид титана (наводороженную титановую губку) до температуры 550-950°C, используя для этого электропечь 19. Выделяющийся при разложении TiHx газ подавали в реторту 1, поддерживая в ней избыточное давление, необходимое для гидрирования слитка.

При дегидрировании порошка тантала десорбирующийся из него водород поглощали с помощью ненасыщенного гидрида титана, помешенного в реторту 9 и нагретого до температуры 350-400°C с помощью электропечи 20.

Пример 2. Для активации и гидрирования слитка тантала в реторту 1 подавали водород из сосуда 7, заполненного насыщенным гидридом ИМС LaNi4Co. Необходимое избыточное давление газа создавали и поддерживали путем подогрева до 30-80°C с помощью ленточного нагревателя 21.

На первой стадии дегидрирования основную часть водорода, выделяющегося из порошка ТаНх при нагреве до 800-850°C, поглощали с помощью ненасыщенного гидрида ИМС LaNi4Co, находившегося в реторте 9 при комнатной температуре. Чтобы компенсировать сопутствующий этому экзотермический эффект, реторту охлаждали проточной водой с помощью змеевика 22.

На второй стадии дегидрирования остаточную часть водорода, выделяющегося из порошка ТаНх при нагреве до 850-900°C, поглощали с помощью помещенного в реторту 8 дополнительного сорбента LaNi4Co, который предварительно активировали в атмосфере Н2 при комнатной температуре и дегазировали при 80-100°C. При работе дополнительного водородопоглотителя сорбция также осуществляется при комнатной температуре, подогрев не требуется.

В приведенной ниже таблице сопоставлены затраты электроэнергии на нагрев сорбентов водорода при проведении операций гидрирования слитка тантала и дегидрирования ТаНх для известного (пример 1) и заявленного (пример 2) способов получения порошков тантала. Представленные в таблице данные свидетельствуют о том, что использование ИМС LaNi4Co вместо титановой губки позволяет сократить расход электроэнергии в 6,8 раза.

Кроме того, изобретение повышает безопасность процесса получения порошка тантала.

Способ получения порошков тантала, включающий активацию слитка тантала нагреванием до 700-900°C и гидрирование в атмосфере водорода при избыточном давлении 0,01-0,3 МПа, которую создают путем десорбции его из насыщенных металлогидридов, измельчение синтезированного гидрида тантала до заданной степени дисперсности и дегидрирование полученного порошка с использованием в качестве сорбентов водорода ненасыщенных металлогидридов, отличающийся тем, что при активации и гидрировании слитка тантала в качестве источника водорода используют насыщенный гидрид интерметаллического соединения LaNi4Co, а дегидрирование проводят в две стадии, причем сначала дегидрируемый порошок ТаНх нагревают до 800-850°C и поглощают основную часть выделяющегося водорода с использованием в качестве сорбента ненасыщенного гидрида интерметаллического соединения LaNi4Co, а затем повышают температуру до 850-900°C и поглощают остаточную часть водорода с использованием предварительно активированного и дегазированного LaNi4Co.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению заготовок из тугоплавких и жаропрочных сплавов на основе интерметаллидов системы Nb-Al, предназначенных для изготовления деталей с повышенными рабочими температурами эксплуатации.
Изобретение относится к области гидрометаллургии. Танталониобиевый концентрат, содержащий 39,6-43,0 мас.% висмута, обрабатывают при начальной комнатной температуре смесью плавиковой кислоты с концентрацией 270-330 г/л HF и серной кислоты с концентрацией 400-500 г/л H2SO4 при Т:Ж=1:(1,9-3,0) с переводом висмута в виде фторида в осадок, который отделяют от фильтрата, содержащего тантал и ниобий.

Изобретение относится к способу получения фтортанталата калия. Способ включает приготовление исходного фтортанталсодержащего раствора, его нагрев, осаждение фтортанталата калиесодержащим реагентом, охлаждение и выдержку пульпы для кристаллизации фтортанталата калия, отстаивание пульпы, последующую ее декантацию, репульпацию фтортантаталата калия промывным раствором, фильтрацию полученной пульпы и сушку кристаллов фтортанталата калия.

Изобретение относится к получению высокочистого порошка ниобия гидридным методом. Способ включает активацию слитка ниобия нагреванием до 700-900°С, гидрирование его с использованием насыщенного гидрида титана в качестве источника водорода, измельчение полученного гидрида ниобия до заданной степени дисперсности и дегидрирование полученного порошка ниобия с использованием ненасыщенного гидрида титана.

Изобретение может быть использовано при комплексной переработке редкометалльных руд, преимущественно тантал-ниобиевых. Способ включает классификацию и гравитационное разделение подрешетного продукта, винтовую сепарацию с последующей концентрацией, выделение скрапа и немагнитных фракций.

Изобретение относится к экстракционной технологии извлечения и разделения ниобия и сурьмы и может найти применение при получении высокочистых соединений ниобия.

Изобретение относится к способу переработки редкометального сырья. Способ включает подготовку шихты в две стадии, на первой усредняют состав фосфатно-силикатного минерального сырья по содержанию основных компонентов.

Изобретение относится к металлургии тугоплавких редких металлов. Способ получения чистого ниобия включает восстановительную плавку шихты с получением черновых слитков, удаление шлака с их поверхности и многократный электронно-лучевой переплав с последующей обточкой слитков.

Изобретение относится к получению высокочистого порошка тантала гидридным методом. Способ включает активацию слитка тантала нагреванием до 700-900°С, гидрирование его с использованием насыщенного гидрида титана в качестве источника водорода, измельчение полученного гидрида тантала до заданной степени дисперсности и дегидрирование полученного порошка тантала с использованием ненасыщенного гидрида титана.

Изобретение относится к. способу переработки колумбитового концентрата.

Изобретение относится к химической технологии получения оксикарбида молибдена и может быть использовано в углекислотной конверсии природного газа в качестве катализатора.
Изобретение относится к получению порошка вольфамата циркония (ZrW2O8), который может быть использован для изготовления запорных элементов нефтегазового комплекса. Способ включает смешивание порошков диоксида циркония (ZrO2) и оксида вольфрама (WO3) в соотношении 1:2 путем механической активации с ускорением мелющих тел 30–60 g с добавлением поверхностно-активного вещества в виде водного раствора хлорида натрия.

Изобретение относится к получению порошкообразного оксида алюминия высокой чистоты. Устройство содержит электролизер для электролиза водных растворов с окислением металлического алюминия, соединенный трубопроводом с обратноосмотической установкой для подготовки исходной технической воды и приемной емкостью для продуктов окисления, причем в нижнем отверстии приемной емкости выполнено выходное отверстие, соединенное с верхним ситом промывного сепаратора, при этом нижнее сито промывного сепаратора соединено линией подачи продукта с блоком термической обработки продуктов окисления алюминия.

Изобретение относится получению титансодержащих металлических порошков. Способ включает травление слитков титансодержащего металлического материала, промывку, гидрирование слитков, измельчение полученного гидрида в порошок, дегидрирование полученного порошка гидрида путем термического разложения при вакуумировании и повторное измельчение дегидрированного порошка.

Изобретение относится к получению металлических порошков и может найти применение, в частности, в пиротехнике и химической технологии. В способе дезагрегирования порошка натриетермического циркония осуществляют обработку агрегированного порошка путем перемешивания в среде с водородным показателем рН>7 с получением диспергированного порошка, который затем отмывают до нейтрального значения водородного показателя среды.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения металлического порошка включает выбор исходного сырья и его измельчение с контролем удельной поверхности полученного порошка, при этом определяют удельную поверхность исходного сырья, а выбор сырья и его измельчение производят в соответствии с условием: , где Sуд.с - удельная поверхность исходного сырья (м2/г), Sуд.п - удельная поверхность полученного порошка (м2/г).

Изобретение относится к получению мелкодисперсного сферического титансодержащего порошка. Способ включает гидрирование исходного материала в виде слитков, проката и отходов проката титана и сплавов на основе титана, измельчение и рассев гидрированного материала, дегидрирование, измельчение, рассев, классификацию и последующую сфероидизацию порошка.
Изобретение относится к получению порошка титана. Способ включает загрузку губчатого титана в реторту, вакуумирование и нагрев его в вакууме, подачу водорода в реторту с обеспечением гидрирования губчатого титана при одновременном охлаждении реторты, извлечение гидрированного губчатого титана из реторты, его измельчение и рассев на фракции, загрузку измельченного гидрированного порошка титана в реторту, его дегидрирование, охлаждение реторты и извлечение порошка титана.

Изобретение относится к получению наполнителя для строительных материалов. Соль алюминия в количестве от 40 до 100 г/л растворяют в кипящем водном 10-50 мас.% растворе углевода, добавляют разрыхлитель в виде 5-50 мас.% раствора нитрата алюминия с обеспечением содержания алюминия в растворе до 70-350 г/л, затем раствор упаривают до образования коричневой массы вязкой консистенции, полученную массу помещают в тигель и прогревают в муфельной печи на воздухе при температуре 250-400°С до прекращения потери массы, после чего поднимают температуру до 800-1200°С и прокаливают ее до полного выгорания углевода.
Изобретение относится к изготовлению массивов кобальтовых нанопроволок в порах трековых мембран. Способ включает электроосаждение кобальта в поры трековых мембран из электролита, содержащего CoSO4⋅7H2O - 300-320 г/л, H3BO3 - 30-40 г/л, при рН 3,5-3,8 и температуре 40-45°С.

Изобретение относится к способу изготовления детали с покрытием из истираемого материала, при этом изготовленная деталь может представлять собой корпус турбомашины, внутренняя поверхность которого в радиальном направлении по меньшей мере частично покрыта истираемым покрытием.
Наверх