способ очистки тетрафторида циркония от примесей

Классы МПК:C22B34/14 получение циркония или гафния
C22B9/00 Общие способы рафинирования или переплавки металлов; устройства для электрошлаковой или электродуговой переплавки металлов
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Русаков Игорь Юрьевич (RU),
Буйновский Александр Сергеевич (RU),
Софронов Владимир Леонидович (RU),
Молоков Пётр Борисович (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-07-24
публикация патента:

Изобретение относится к металлургии. Способ очистки тетрафторида циркония от примесей включает сублимацию тетрафторида циркония в смеси с 8-30 мас.% металлического циркония и десублимацию образующихся паров. В качестве металлического циркония могут быть использованы измельченные отходы в виде стружки, обрезков, гарнисажа и опилок. Обеспечивается эффективная очистка тетрафторида циркония от примесей. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

способ очистки тетрафторида циркония от примесей, патент № 2512726 способ очистки тетрафторида циркония от примесей, патент № 2512726 способ очистки тетрафторида циркония от примесей, патент № 2512726 способ очистки тетрафторида циркония от примесей, патент № 2512726 способ очистки тетрафторида циркония от примесей, патент № 2512726 способ очистки тетрафторида циркония от примесей, патент № 2512726

Формула изобретения

1. Способ очистки тетрафторида циркония от примесей, включающий сублимацию исходного тетрафторида циркония и десублимацию образующихся паров, отличающийся тем, что сублимации подвергают тетрафторид циркония в смеси с металлическим цирконием в количестве 8-30 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве металлического циркония используют измельченные отходы в виде стружки, обрезков, гарнисажа, опилок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии получения тетрафторида циркония, очищенного от примесей (алюминия, никеля, кислорода, хрома, железа, кремния), и может быть использовано на рудоперерабатывающих предприятиях и в атомной промышленности.

Известен способ очистки циркония от примесей из азотнокислого раствора экстракцией циркония трибутилфосфатом в инертном разбавителе в водной фазе [Большаков К.А. и др. Технология редких и рассеянных элементов. М.: Высшая школа, 1969. т.2, с.475].

Этому способу, как и другим вариантам экстракционного метода, свойственны высокая стоимость экстрагентов и пожароопасность производства, необходимость использования множества механических и пневматических устройств. Кроме того, очистка циркония от примесей экстракционным методом плохо сочетается с процессами вскрытия циркона и получением чистого металла восстановлением из его тетрафторида.

В качестве наиболее близкого аналога заявленного способа является способ очистки тетрафторида циркония от примесей [Ожерельев О.А., Очистка тетрафторида циркония от примесей 3-d переходных металлов методом сублимации. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, г.Кемерово, Кемеровский государственный университет, 1992, 22 л., см. стр.4-6, 9-10, 18]. Недостатком метода является низкий коэффициент очистки (разделения), в результате чего для уменьшения содержания примесей в тетрафториде циркония, даже при оптимальных температуре и давлении процесса, необходимо проводить несколько ступеней очистки.

Задачей изобретения является повышение эффективности очистки тетрафторида циркония (ТФЦ) от примесей за счет проведения очистки за одну ступень и улучшения теплоподвода к исходному продукту без модернизации существующего оборудования.

Поставленная задача достигается тем, что способ очистки тетрафторида циркония от примесей включает сублимацию исходного тетрафторида циркония и десублимацию образующихся паров, причем сублимации подвергают тетрафторид циркония в виде смеси с 8-30 мас.% металлического циркония, а в качестве металлического циркония используют измельченные отходы в виде стружки, обрезков, гарнисажа, опилок.

Предлагается для увеличения эффективности способа очистки ТФЦ от примесей добавлять в исходный порошкообразный ТФЦ, подвергаемый сублимации, инертный материал, обладающий высокой теплопроводностью и способствующий более интенсивной передаче тепла в объем слоя. В качестве такого инертного материала целесообразно использовать стружку или другие измельченные отходы (гарнисаж, обрезки и т.д.) после получения или обработки металлического циркония. Такие отходы циркония будут, во-первых, вносить минимальное количество примесей в ТФЦ, так как их состав близок к кондиционному металлу, во-вторых, металлический цирконий при высоких температурах интенсивно поглощает многие газообразные продукты, например, фтористый водород и пары воды, что приведет к замедлению процесса коррозии материала сублиматора и вспомогательного оборудования (например, вакуумных насосов). В-третьих, металлический цирконий, имея высокую химическую активность, уменьшает летучесть некоторых примесей, снижая валентность примесных металлов.

Это предположение было проверено экспериментально.

В корпусе одного аппарата при условиях (давление и температура), обеспечивающих процесс сублимации, помещали смесь (шихту) тетрафторида циркония с металлической циркониевой стружкой. Частицы стружки имели размеры в среднем 0,5×4,0×40 мм. Образующиеся пары ТФЦ десублимировались на охлаждаемой поверхности конденсатора. Десублимат взвешивали и определяли количество примесей. Результаты экспериментов приведены в таблице.

Зависимость степени сублимации от содержания стружки в шихте
№ серии № опытаНачальная масса ТФЦ, г Масса стружки в шихте, г начальное содержание стружки в шихте, % Продолжительность сублимации, минМасса десублимата, гСтепень сублимации, %
1 13000 090123,12 41,04
2 30013,81 4,4090138,26 46,09
3 30020,00 6,2590156,20 52,07
4 30025,00 7,6990161,60 53,87
5 30030,00 9,0990193,20 64,40
6 30035,00 10,4090194,00 64,67
7 30045,00 13,0490187,06 62,35
8 30060,00 16,6790177,66 59,22
9 30090,00 23,0890161,60 53,87
10 300150,00 33,3390149,75 49,92
21200 0030 44,1022,05
21955 2,503045,30 23,23
3 19010 5,003051,18 26,94
4 18515 7,503067,70 36,59
5 18020 7,503068,61 38,12
6 17030 15,03059,82 35,19
7 16040 20,03059,00 36,88
8 14060 30,03055,50 39,64

Из данных, приведенных в таблице, следует, что существенное увеличение выхода десублимата в обеих сериях происходит только до значения начального содержания стружки в шихте 8-10%. Дальнейшее увеличение количества стружки, степень и соответственно скорость сублимации не увеличивается или даже уменьшается.

Далее исследовали поведение примесей при сублимации ТФЦ в присутствии циркониевой стружки. Известно, что металлический цирконий при повышенных температурах обладает значительной химической активностью по отношению ко многим веществам. В качестве примера можно привести некоторые уравнения процессов

7Zr+6H2 O=3ZrO2+4ZrH3 (при Т<800°C);

Zr+2Н2О=ZrO2+2H2 (при Т>800°C);

Zr+O2=ZrO 2;

Zr+4HF=ZrF4+2H2 ;

Zr+N2=2ZrN;

2Zr+NO 2=ZrN+ZrO2;

2Zr+CO2 =ZrC+ZrO2;

5Zr+SiF4=Zr 4Si+ZrF4.

Из уравнений следует, что такие примеси, как кислород, углерод, азот и кремний могут переходить в химически прочные, не возгоняющиеся в условиях сублимации ТФЦ соединения.

Для экспериментального подтверждения этих предположений были отобраны усредненные пробы от десублимата второй серии опытов для анализа на содержание основных примесей. Результаты анализа приведены на фиг.1-6.

Из данных, приведенных на фиг.1-6, следует, что с увеличением содержания стружки в исходной шихте концентрация всех указанных примесей в десублимате уменьшается. Резкое снижение концентрации примесей (например, кислород, алюминий, никель) происходит до значения содержания стружки 8-12%, затем с увеличением содержания стружки в шихте до 30% концентрация примесей в десублимате уменьшается менее интенсивно.

Эксперименты показали, что при использовании смеси тетрафторида циркония с содержанием циркониевой металлической стружки до 30% уменьшается количество примесей в десублимате ТФЦ:

алюминия - в 7 раз,

никеля - более чем в 3,5 раза,

кислорода - в 1,9 раза,

хрома - в 1,8 раза,

железа - в 2,5 раза,

кремния - более чем в 2,2 раза.

При этом циркониевая стружка в процессе сублимации тетрафторида циркония практически не теряет своих первоначальных свойств и может использоваться неоднократно.

Способ был успешно опробован в промышленных условиях на существующем аппарате с разовой загрузкой смеси ТФЦ с циркониевой стружкой до 500 кг. При этом количество примесей в десублимате уменьшилось в соответствии с результатами эксперимента, а производительность аппарата увеличилась на 24,5%.

Таким образом, предлагаемый способ очистки циркония от примесей (алюминия, никеля, кислорода, хрома, железа, кремния) позволяет эффективно проводить процесс очистки за одну ступень. При этом увеличивается скорость десублимации, а сам процесс можно проводить в существующих аппаратах без какой-либо модернизации.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2512726

patent-2512726.pdf

Класс C22B34/14 получение циркония или гафния

способ переработки эвдиалитового концентрата -  патент 2522074 (10.07.2014)
способ переработки бадделеитового концентрата -  патент 2508412 (27.02.2014)
способ разделения циркония и гафния -  патент 2493105 (20.09.2013)
способ получения металлического циркония -  патент 2468104 (27.11.2012)
способ очистки циркония от гафния -  патент 2457265 (27.07.2012)
способ получения слитков гафния в электронно-лучевой печи -  патент 2443789 (27.02.2012)
технологический каскад для разделения и обогащения тетрафторидов циркония и гафния -  патент 2434957 (27.11.2011)
способ переработки циркона с получением диоксида циркония -  патент 2434956 (27.11.2011)
способ управления процессом иодидного рафинирования циркония и система для его осуществления -  патент 2421530 (20.06.2011)
способ получения гафния электролизом расплавленных солей и устройство для его осуществления -  патент 2402643 (27.10.2010)

Класс C22B9/00 Общие способы рафинирования или переплавки металлов; устройства для электрошлаковой или электродуговой переплавки металлов

Наверх