Получение металлических циркония и гафния
Некоторые соединения циркония и гафния, такие, например, как оксиды, сульфатоцирконаты натрия и аммония, после соответствующей очистки от примесей можно использовать в различных областях. Другие же соединения идут на получение металлов. Получение чистых металлических циркония и гафния связано со значительными технологическими трудностями из-за высокой химической активности этих металлов. Они обладают высоким сродством к кислороду, азоту, углероду. Поэтому их получают преимущественно из безкислородных соединений – хлоридов, фторидов. Кроме этого во избежание вредного воздействия кислорода, азота, углеродсодержащих газов процессы восстановления ведут в инертной атмосфере, а иногда и в вакууме. В промышленности обычно используют либо металлотермические, либо электрохимические способы.
Металлотермия. Сущность металлотермии заключается в восстановлении циркония и гафния из их соединений более электроотрицательным металлом, таким как магний, кальций, натрий. В качестве исходных соединений применяют хлориды и комплексные фториды. Восстановление хлоридов циркония. Восстановление можно описать следующей реакцией:
Процесс проводят в атмосфере аргона. Магний предварительно расплавляют, а затем начинают подавать поры хлорида циркония. Жидкий хлорид магния периодически отводят из зоны реакции, а непрореагировавший хлорид циркония в виде возгонов улавливают в конденсационной камере (t°=300-360°С). Разогрев нужен только в начале процесса, т.к. затем реакция протекает за счет выделяемого тепла. После завершения восстановления отгоняют непрореагировавший магний (вакуум, t°=920-930°С). В тигле аппарата остается циркониевая губка, содержащая магний – 0,002-0,02%, хлор – 0,001-0,01%, кислород – 0,08-0,1%, азот – 0,002-0,04%, железо – 0,07-0,08%, алюминий – 0,005-0,006%. Аналогичным методом возможно получение гафния.
Восстановление гексафторцирконата калия натрием.
Этим способом получают порошки циркония, к которым не предъявляют высоких требований по чистоте. Эти порошки можно использовать в пиротехнике или электровакуумной технике. Реакция восстановления может быть описана следующим уравнением: (66) Гексафторцирконат калия и натрий загружают в герметические стальные стаканы, которые нагревают в электропечах до t°=800-900°С. Теплоты, выделяемой в процессе реакции недостаточно для ее самопроизвольного протекания, поэтому стаканы необходимо подогревать постоянно, помещая в тигельные электропечи. После проведения восстановления реакционную массу охлаждают, дробят и обрабатывают раствором хлорида аммония, для удаления избыточного натрия, после этого выщелачивают водой. Полученный порошок циркония промывают разбавленной соляной кислотой, для отделения железа и сушат. Процесс сушки нужно вести очень осторожно, т.к. порошок циркония пирофорен.
Электролитическое получение циркония. Цирконий, как металл, находящийся в ряду напряжений правее водорода, нельзя получить электролизом из водных растворов. Поэтому для электролиза используют солевые расплавы. Электролиз ведут в герметических аппаратах (рис.12). Анод графитовый, катод стальной. В качестве солевого расплава используют хлорид калия, в котором растворен гексафторцирконат калия. Температура проведения процесса электролиза 750-800°С. При электролизе в прикатодном пространстве гексафторцирконат ион диссоциирует: (67) и катион циркония разряжается на катоде (68) на аноде разряжаются ионы хлора, электродный потенциал которых ниже, чем ионов фтора: (69)
Рис.12 Схема герметичного электролизера для получения циркония: 1-стальная водоохлаждаемая ванна, 2-разъемный шлюз,3-охладительная камера, 4-бункер, 5-катод, 6-графитовые аноды. 7-гарнисаж
Кроме этого в процессе электролиза происходит дополнительная очистка циркония от гафния, т.к. электродный потенциал последнего при t°=700-800°С ниже чем у циркония. После электролиза катодный осадок сбивают с катодов, измельчают и после промывки 10% раствором соляной кислоты, водой и спиртом, сушат. Использование электролиза для получения металлического циркония позволяет сократить число операций перекристаллизации гексафторцирконат калия до 6-8 за счет очистки циркония от гафния в процессе электролиза. Таким же образом получают металлический гафний.
Популярное: Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... ©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1864)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |