Восстановление окислов с одновременной дистилляцией металлов
Выше указывалось, что самарий, европий и иттербий не удается получить восстановлением их хлоридов или фторидов кальцием. Восстановление протекает только до двухвалентных галогенидов. Для получения этих металлов разработки метод восстановления их окислов лантаном в вакууме с одновременной дистилляцией образующихся металлов, которые имеют более высокую упругость пара, чем лантан.
Sm2O3 + 2La → 2Sm ↑ + La2O3. (1)
Несмотря на близкое сродство к кислороду у самария и лантана, реакция протекает в сторону восстановления, так как самарий удаляется из сферы реакции. Метод аналогичен получению кальция восстановлением его окиси алюминием в вакууме. Пригодными восстановителями являются также церий и (если не требуется высокая чистота металлов) мишметалл. Восстановление производится в танталовом тигле, верхняя часть которого служит конденсатором и находится вне зоны нагрева. Для более полного улавливания металлов к верхней части тигля целесообразно присоединять конденсатор в виде танталовой трубки с рядом танталовых дисков (тарелок). Смесь окисла с лантановой стружкой, взятой с избытком около 20%, помещают в танталовый тигель, который медленно нагревается в вакууме до 1400°С. Нагревание может производиться в печи электросопротивления или в индукционной печи. В процессе подъема температуры поддерживается вакуум не ниже 10-4 мм рт. ст. Начало возгонки сопровождается резким падением давления (до ~ 10-7 мм рт. ст.), так как испаряющиеся металлы активно поглощают остаточные газы. Конденсированные металлы получаются в виде крупнокристаллической корки на поверхности танталового конденсатора. Они содержат <0,05% Та и лишь следы лантана. Восстановление Sm2O3 (а также, вероятно, окислов Еu2О3 и Yb2O3) может быть осуществлено кальцием в герметичном аппарате с последующим отделением окиси кальция путем отгонки в вакууме самария и избытка кальция. Фракционной разгонкой самарий может быть очищен от кальция. Однако этот метод сложнее, чем метод восстановления лантаном.[2] Расчет процесса восстановления фторидов редкоземельных металлов кальцием
Задание: Выполнить металлургический расчет восстановления фторидов РЗМ кальцием. Составить материальный баланс процесса, выбрать аппарат для восстановления. Исходные данные: 1. Производительность цеха по РЗМ – 500 т/год; 2. Извлечение РЗМ в металл – 97%; 3. Расход металлического кальция – 110% от СКН; 4. Технический кальций содержит, %: 98,83 Ca; 10-4 Li; 50∙10-4 Al; 10∙10-4 Mn; 50∙10-4 Mg; 10∙10-4 Si; 70∙10-4 N; 3∙10-4 S и 1,15 Cl; 5. Продолжительность процесса восстановления – 3 часа; 6. Восстановления проводят в тиглях, размерами, м: диаметр – 0,5; высота – 0,6. Решение: Расчет будем вести для скандия, а аппарат для его восстановления выбираем индукционную печь. Восстановление скандия происходит по реакции:
2ScF3 + 3Ca = 3CaF2 + 2Sc (1)
x1 = (3∙40∙500)/(2∙45) = 666,67 т – стехиометрически необходимое количество Ca. С учетом избытка Ca требуется: x2 = (666,67∙110)/100 = 733,33 т, тогда необходимое количество технического Ca составит: x3 = (733,33∙100)/98,83 = 742,0 т. Так как извлечение Sc 97%, то необходимо загрузить ScF3: x4 = (500∙102)/(45∙0,97) = 1168,4 т. Будем считать, что в шлак переходят все примеси и невосстановившийся ScF3, тогда масса шлака:
x5 = mпримеси + mCaF2 + mScF3 = (742∙1,17)/100 + (733,33∙3∙78)/40 + (1168,4∙0,03) = 8,68 + 1430 + 35,07 = 1473,75 т.
В таблице 1 приведен годовой материальный баланс восстановления фторида скандия кальцием.
Таблица 1. Годовой материальный баланс восстановления фторида скандия кальцием
Производство скандия происходит в реакционном тигле, помещенном в индукционную печь, для расчета количества этих печей принимаем, что рабочих дней в году 340, за один раз в печь загружается 1 тигель (n), продолжительность восстановления составляет 3 ч (t), после восстановления получается 40 кг скандия, тогда суточная (Т) производительность по Sc: М=500/340 = 1,47 т = 1470 кг. Количество печей составит:
N = (М∙t)/(T∙m∙n) = (1470∙3)/(24∙40∙1) = 4,59 = 5шт.
Заключение
В ходе выполнения данной курсовой работы были подробно рассмотрены наиболее распространенные способы получения редкоземельных металлов, среди которых можно выделить: электролитический (электролиз хлоридов) и металлотермический (восстановление галоидных солей и окислов). В практической части рассчитан материальный баланс для процесса восстановления фторида скандия кальцием и выбран аппарат для восстановления и посчитано количество этих аппаратов. Выполненные расчеты показали сколько необходимо фторида скандия и восстановителя для обеспечения заданной производительности по РЗМ, а также расчеты показали, что для получения 500 т скандия за год потребуется 5 индукционных печей (при условии, что в них загружается за один раз 1 тигель).
Список используемой литературы
1. Сонгина О.А. Редкие металлы. – М.: Металлургия, 1964. – 568 с. 2. Зеликман А.Н. Металлургия редкоземельных металлов, тория и урана. – М.: Металлургия, 1960. – 384 с. 3. Редкоземельные элементы. Технология и применение. / Под ред. Ф. Виллани. Пер. с англ. - М.: Металлургия, 1985. – 375 с.
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (148)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |