Способ получения металлов

Способ получения металлов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 В 34/00. 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4792320/02 (22) 25.12,89 (46) 23.01.93, Бюл, М 3 (71) Институт электрохимии Уральского отделения АН СССР (72) Л.Е,Ивановский, Ю.П.Зайков и Б.П.Филин (56) Сергеев В.В., Галицкий Н.В., Кисилев

В.fl., Козлов В,М., Металлургия титана, М.:

Металлургия, 1971, с. 33-35.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении металлов и их соединений в расплавах солей, . Известен способ получения титана путем восстановления его тетрахлорида. Сущность метода заключается в следующем, B стальной реактор с расплавленным магнием в атмосфере инертного газа подают четырехлористый титан. Образующийся в процессе реакции титан и хлористый магний отстаивают и последйий периодически сливают из реакторов, Существенными недостатками данного способа являются потери титана вследствие образования низших хлоридов, периодичность процесса и низкая его производитель. ность, загрязнение титана рядом примесей (железо, никель и газовые прймеси), Наличие низших хлоридов в продуктах реакции приводит к сильному дымлению после вскрытия реактора вследствие взаимо"действия с влагой воздуха и образования хлористого водорода.

Получение титана в виде губки значительно усложняет и удорожает процесс очи.!Ж» 1789509 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (57) Использование: получение металлов из их соединений в среде расплавленных солей галогенидов щелочноземельных металлов восстановлением. Сущность . восстановление проводят в расплаве гало-генидов щелочноземельных металлов или их смесях, содержащих 0,5 — 20 мас. ux субгалогенидов. 1 табл. стки его от продуктов реакции восстановления.

Широкое применение в промышленности нашел натриетермический способ получения титана.

Однако все недостатки, перечисленные Я выше, присущи к рассматриваемому способу. Кроме того, следует отметить возможность самовозгорания и высокую пожароопасность натрйетермического спо : саба. . (©

Известен способ прямого электролиза суспензий глинозема в хлоридных солевых у расплавах. Сущность способа заключается О в следующем, В смешанный галогенидный расплав, состоящий из хлоридов кальция и " О бария, загружают глинозем. Включают постоянный ток и ведут электролйз. На катоде: выделяется металлический кальций, кото- а рый взаимодействует с глиноземом с обра. зованием корольков сплава алюминий-кальций. Выход по току достигает 80%. Существенным недостатком данного способа является неэффективное использование восстановителя (кальция), который всплывает на поверхность электролита vi

1789569 сгорает. В резул tNe окисления кальция в электролите накапливается оксид и возрастает вязкость электролита. Зто приводит к увеличению напряжения на ванне, перегреву электролита и повышенному расходу электроэнергии.

Выдщание на графитовом аноде СО и

СОр в ripucy qvy восстановителя (кальция} приведет к образованию в объеме электролита мелкодйсперсного графита по реакции 10

СОг+ СаО" СаСОз

СаСОз+ 2 Са 3 СаО+ С

Наличие в электролите мелкодисперс- 15 ного графита загрязняет получаемый металл или сплав и зашламляет ванну. По предлагаемому способу можно получить только сплав, а производство чистого алюминия требует дополнительной переработ- 20 ки, которая будет сопровождаться дополнительными энерго- и, трудозатратами.

Известен способ получения титана восстановлением тетрахлорида титана на като- 25 де в рас и лаве ЯгС12 — Ne C I. Для осуществления способа используется диаф- . рагма из плавленного глинозема и устройство для создания инертной атмосферы в катодном пространстве, Катодный осадок 30 содержит 99,5 % титана. Выход по току 90

% и более, Данный способ обладает рядом существенных недостатков. В первую очередь,— это очень малая растворимость тетрахлори- 35 да титана в расплавленных солях. Для того, чтобы вести процесс электролиза, необходимо в катодном пространстве поддерживать избыточное давление тетрахлорида титана. Это усложняет конструкцию элект- 40 ролизера и технологию извлечения катодного осадка. Тетрахлорид титана является хлорирующим агентом. Корпус электрализера и другие конструкции будут взаимодействовать с ним; что приведет к загрязнению 45 получаемого металла и выходу из строя электролизера.

Очень сложно осуществить непрерывную подачу тетрахлорида в электролизер и еще более сложная задача — подать его s 50 электролит и поддерживать достаточно высокую концентрацйю для проведения электролиза..

Наиболее близким по технической сущности является электролиэ двуокиси тйтана 55 в расплавленных хлористых солях. Сущность способа заключается в следующем. В электролйт; содержащий хлориды бария, кальций и натрия, загружают техническую двуокСиь титана и веду электролиз, B зависимости от используемого сырья катодный осадок содержит от 80 до 97 % металлического титана. Электролитическим рафинированием содержание примесей снижается до 0,23-0,35 %.

Существенными недостатками данного способа являются необходимость дополнительной операции рафинирования катодного осадка, низкое качество получаемого металла, трудоемкость и энергоемкость технологии, Применение в качестве анодов углеродсодержащих материалов приводит в данном способе к шлакованию ванны и ïðåкращению процесса. Выход по току не превышает 50 %, Цель изобретения — повышение качества металла и производительности про- . цесса, Поставленная цель достигается тем, что восстановление проводится в расплаве галогенидов щелочноземельных металлов или их смесях в любых соотношениях, содержащих из субгалогенида. Концентрация субгалогенида. щелочноземельного металла находится в области 0,5-20 мас. %.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. В расплав соли или смеси солей галогенидов щелочноземельных металлов загружают оксид или другое соединение (сульфид, сульфат, галогенид и т. д.) восстанавливаемого металла и вводят субгалогенид щелочноземельного металла, получаемого одним из известных способов, Его концентрация максимально может достигать 20,0 мас., (предел растворимости).

При содержании 0,5 мас. % возможно загрязнение целевого металла его соединениями низшей валентности из-за недос-зтка восстановителя.

Скорость процесса очень высока, так как все реакции протекают в жидкой фазе, растворимость в которой субгалогенида большая.

Субгалогенид щелочноземельного металла не образует сплавов с металлами. Зто позволяет получать вышеуказанным clleco бом практически ace металлы за исключением щелочных.

В случае восстановления из оксидов электролиз ведут с керамическим или другим йндифферентным анодом. При этом на аноде выделяется кислород; а в катодном пространстве образуется металл. Зто позволяет исключить алакование ванны. загрязнение целевого металла углеродом и создать экологически чистый процесс, исключающий выделение хлора и других агрессивных газов.

Образующийся в виде порошка металл легко отделяется от электролита.

1789569

Формула изобретения

Результаты экспериментов по получению металлов в расплавах солей

Получаемый металл

Загружаемое сырье

Электролит

Температура проц.. С

Содержание субгалогенида, мас.

Выход по току

Чистота металла

Примеча- . ние

99,93

99,87

87,3

ВаС12-Са02

Са СIг-КС1

СаСIг-КС!

800

10,0

12,0

0,1

ТI

Zr

КгТ1И

Ег02

Т102 порошок порошок порошок содержал оксиды титана порошок порошок по ошок

600

Та205

PbO

PbS

96

99

98,6

99,98

99,9

99,9

Ва02-СаСЬ

СаС1г — KCI

Са С12-KCI

0,5

5,0

0,5

Та

Pb

Предлагаемый способ имеет ряд преимуществ по сравнению с прототипом:

1. Более высокий выход по току.

2. Получение металлов более высокой чистоты.

3. Создание непрерывного и экологически чистого производства.

4. Широкий круг получаемых металлов и большой выбор соединений из которых их можно восстановить;

5. Высокая скорость процесса.

Реализация процесса показана в примерах.

Пример 1. В герметичный реактор, содержащий металлический катод (нержавеющая сталь) и нерасходуемый керамический анод, в атмосфере инертного газа (аргона) загружали и наплавляли хлорид кальция в количестве 3,0 кг. В катодное пространство вводили 0.5 кг двуокиси титана.

Субхлорид кальция задавали электролизом.

Для этого включали постоянный ток и вели электролиэ при катодной плотности тока 1

А/см .

При такой плотности тока кальций не выделяется, а идет восстановление двухваСпособ получения металлов, включающий восстановление их соединений в среде расплавленных галогенидов щелочноземельных металлов или их смесей, о т л и ч алентных ионов кальция до субионов. Содержание субхлорида кальция поддерживали равным 0,5 мас. %, Температура процесса

800 С. В результате опыта получен поро5 шок титана. Содержание металлического титана в осадке 99 8 %, Выход по току выше

95 %.

Пример 2. Эквимольные.количества металлического кальция и осушенного хло10 рида смешивали и нагревали до 850 С в атмосфере инертного газа. В результате этой операции получали сплав, содержащий

85-90% субхлорида кальция. Его загружали в герметичный реактор, содержащий смесь

15 хлорида и фторида кальция и окись титана.

Содержание субхлорида поддерживали 20,0 мас. %, Температура процесса 850 С. Содержание металлического титана в полученном осадке 99,87 %.

20 Остальные примеры сведены в таблицу, Все опыты проводились в герметичных реакторах в атмосфере инертного газа.

При ведении электролиза использовали

25 керамические оксидные аноды, на которых выделяется кислород, ю шийся тем, что„с целью повышения качества получаемого металла и производительности процесса, восстановление проводят с введением в расплав 05-20 мас субгалогенидов щелочноземельных металлов.