Производство порошкообразного и ковкого циркония

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Производство порошкообразного и ковкого циркония

01.02.2020

Порошкообразный или губчатый цирконий можно получить магниетермическим восстановлением хлорида или натриетермическим восстановлением фторцирконата калия.

В результате постоянного присутствия оксихлорида в твердом хлориде циркония после восстановления такого хлорида магнием получается металлический цирконий с повышенным содержанием кислорода, поэтому обычно восстанавливают не твердый, а газообразный хлорид, так как при температуре возгонки оксихлорид не летит.

Процесс возгонки, цель которого — очистка от железа, совмещают с процессом восстановления хлорида циркония магнием и проводят его в одном аппарате. Такое совмещение исключает необходимость переноса ZrCl4 из одного аппарата в другой и соприкосновение его с воздухом, при котором он загрязняется оксихлоридом.

На рис. 203 показан аппарат, в котором производят восстановление паров четыреххлористого циркония магнием.

Процесс основан на следующей реакции:

ZrCl4 + 2Mr = 2MgCl2 + Zr.


В реактор помещают тигель с магниевыми чушками, над тиглем размещают контейнер с кристаллами ZrCl4. Герметически закрытый реактор разогревают до 300°, эвакуируют и заполняют водородом для восстановления FeCl3 и удаления паров HCl и остатков SiCl4. Операцию повторяют дважды, после чего нижнюю зону разогревают до 825°, магний расплавляется, ZrCl4 испаряется и реагирует с магнием, ZrCl4 конденсируется на змеевике. После окончания операции тигель вынимают и заменяют новым, одновременно загружая новую порцию хлорида.

Тигель, в котором осуществлялось восстановление, помещают в аппарат вакуум-термического отделения хлористого магния и магния от циркония.
Производство порошкообразного и ковкого циркония

Полученная циркониевая губка обладает пирофорными свойствами, поэтому перед выгрузкой реторты, в которой происходила дистилляция, длительное время охлаждают, воздух впускают в нее медленно. В момент вскрытия реторты последнюю снова эвакуируют и заполняют инертным газом. Полученная губка циркония содержит 99,4—99,6% циркония, выход его от исходного продукта составляет до 99,5%.

Гораздо более удобен в обращении как исходное сырье фтороцирконат калия, так как он не подвергается гидролизу и устойчив на воздухе. Для восстановления фтороцирконата калия используют натрий, так как образующийся при реакции NaF растворим в воде и может быть отмыт от циркониевой губки.

При восстановлении фтороцирконата натрием происходит реакция:

K2ZrF6 + 4Na = Zr + 4NaF + 2KF.


В небольшом масштабе процесс ведут герметической эвакуированной стальной бомбе, при внешнем подогреве до 800—900°. Избыток натрия составляет 30% сверх теоретически необходимого количества для полного восстановления.

После охлаждения бомбы расплав измельчают, кристаллы металлического циркония отмывают от солей спиртом, водой, разбавленной кислотой и просушивают в вакууме.

Однако способ восстановления фтороцирконата калия натрием применяется только в случае необходимости получения порошка, циркония, который будет использован как таковой, например, в пиротехнике, без дальнейшей переработки его на компактный металл, так как при этом способе (в результате образования большого количества солей по объему) получается мелкокристаллический порошок с большим содержанием кислорода, придающий хрупкость ковкому металлу.

Содержание циркония в таком порошке 98—99%.

Подобно титану, компактный ковкий цирконий можно получать методом термической диссоциации его йодистых солей, металлокерамическим методом или переплавкой.

При иодидном способе получения компактного циркония температура в реакторе 450—470°, а температура раскаленной прсволоки выше 1300°. На 0,5 кг циркония расходуется 25 г иода. В остальном процесс протекает аналогично ранее описанному.

Для металлокерамического способа производства циркония может быть использован порошок, полученный восстановлением хлорида циркония магнием или двуокиси циркония кальцием, а также гидрид циркония, полученный восстановление двуокиси циркония гидридом кальция.

Металл, полученный из гидридного порошка, обладает большей пластичностью и лучшими антикоррозионными свойствами, чем полученный из порошка металлического циркония, однако для спекания крупных брикетов гидридного порошка требуется большая длительность процесса при меньшей его производительности. Для получения крупных заготовок компактного циркония наиболее экономически целесообразным является метод плавки.

Для выплавки крупных слитков используют как электровакуумные печи для плавки металла в графитовом тигле, так и электродуговые вакуумные печи с медным охлаждаемым тиглем и расходуемым циркониевым электродом.

Графитовый тигель нагревается индукционным током или с помощью нагревателя в форме графитовой трубы. Ток подводится к полуцилиндрам нагревателя по двум изолированным полукольцевым электродам, обжимающим нижние концы половин цилиндра.

Значительного разрушения тигля расплавленным цирконием и загрязнения металла не происходит благодаря образованию на поверхности тигля корки тугоплавкого карбида циркония, однако цирконий, выплавленный в графитовом тигле, всегда содержит некоторое количество карбида (до 0,15%), ухудшающего антикоррозионные свойства циркония. В том случае, когда требуется получить металл, который в дальнейшем будет использован, как конструкционный материал, пользуются методом плавки в медном охлаждаемом тигле с расходуемым электродом.

Количество примесей в цирконии, полученном переплавкой по последнему методу, составляет: 0,15% О; 0,004% N; 0,004% Н; 0,025% С.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: