КОН-пен ыдырату

1)

2)

3)

4)

5)

6)

Темір және марганец оксидтері сүзіліп алынады да тұнба ішінде қалады. Ал К политанталаттары және полиниобаттары суда ериді. Ал құрамында Si,W, Al, Sn бар қоспалар тұздары еріндіде қалады. Құрамында Ta Nb бар қосылысын тұнбаға түсіру үшін өңдейміз.

1)

2)

Сүзгілеуден кейін К политанталаты мен К полиниобатын тұнба ттүрінде аламыз. Ал ерітіндіде еритін тұздар және КОН, НСl қалады. Одан кейін НСl мен өңдеп Ta Nb оксидтерін тұнбаға түсіреміз.

Ерекшеліктері: Осы технология бойынша алынған оксид қоспасының құрамында қалдықтар аз. Бірақ дайын өнім шығу көлемі аз, себебі пайдалы компонент біраз бөлігі еритін қалдықтарынан кетіп қалады.

КОН-пен балқыту→ сумен өңдеу→ сүзгілеу→ тұбаға түсіру→ сүзгілеу→ политантала пен полиниобат→ ыдырату→ Ta Nb оксидінің қоспасы.

Автоклавты әдіс Сілтілермен балқыту әдісі келесі кемшіліктерге ие:

1) Реагенттер шығыны көп 3кг/1кг им.зат.

2) Тигельдердің жұмыс ұзақтығы төмен

3) Өндірістің зиянды сипаттамалары

Азалған кемшіліктер келесі әдісте жойылуы мүмкін.: Т-200 дейін, ρ – 5атм. Автоклавтарда концентраттарды сілтілер ер-мен ыдыратуға болады. Осы жағдайда сілтілік металдардың политанталаты мен полиниобаты төменде көрсетілген.

Дәл сол сияқты және танталит пен колумбиттің ерінділерімен алынған әдіс бойынша НСl мен өңдейміз, нәтижесінде Ta Nb оксидтер қоспасын аламыз.

Концентраттарды балқытқыш қышқылмен ыдырату.

Танталит пен колумбит химиялық тұақты металдар. Тек ғана HF-да ыдырайды. Қазіргі кезде құрамында Ta Nb бар қосылыстарды ыдыратудың ең тиімді әдісі. Майда ұнтақталған қыздырып қон-ды, концентрленген HF-мен өңдейміз. Ыдырату нәтижесінде Ta Nb кешенді тұздар түзіледі:

Ta Nb басқа кешенді қышқылдар түрінде ер-ге келесі қоспалар енеді: , , , . Конецентраттарды ыдырату болаттан жасалған реакторда жүргізіледі. Графитті тақтайшалармен шегенделіп, үстінен қоғарсынмен жабылады. Концентратты 74 мкм дейін ұнтақтап, 76-77% HF мен өңдеп 40-50ᵒС қыздыру жүргізіледі. Қышқыл шығыны 2-1т конц. Қыздыру графитті қыздырғышпен жүргізіледі. Ұшып кететін қышқылды жергілікті желдеткішпен ұсталынады. Әктасты сүтпен скруберлерде, бейтараптандырылады. Алынған қойыртпақты фильтр престе сүземізде ары қарай қоспалардан тазартып Ta Nb бөлу экстракция әдісімен жүргізу. Ta Nb бөліп алу, қоспалардан тазарту. Ta Nb химиялық қасиеттері жақын болғандықтан 2 элементті бөлу қиынға соғады:

1) Кешенді фторлы тұздарды кристалдану;

2) Ион-алмастырғыш шайрлармен бөлу (сорбция)

3) Хлоридтердің ретификациясы

4) 5валентті таңдаулы түрде тотықсыздандыру;

5) Органикалық еріткіштермен экстракциялау.

Та Nb дің экстракциондық тазалауы мен бөлінуі

Сұйық экстракция әдісі

Ta Nb-дің экстракциялық бөлі әдісі Ti, Fe, Mn және т.б қоспалардан тазарту мен қатар жүреді. Көбінде құрамында Ta Nb қосылыстары бар және HF-мен пен жүргізіледі. Егерде конц-ды HF-мен бөлетін болса құрамында диссоциацаяланбаған кешенді қышқылдар Н⁺ иондары түзіледі. Экстр-ды бөлуді әр түрлі органикалық экстрагентпен жүргізуге болады. Өнд-те қолданылатын ең тиімді трибутилфосфат. ρ=0,97г/см³ Т=1778ᵒС. Суда ерігіштігі төмен. Кемшілігі 1)тұтқырлығы және ρ жоғары.

Сондықтан ТБФ- ты киросинмен араластырамыз. ТБФ экстракцияы кезінде таралу коэффициентінің НҒ құрамына байланысты тәуелділігі. ТБФ НҒ концентрациясы 4моль/л жоғары болғанда ерітінділерден экстракцияланады. Гидраттық-сольваттық механизм бойынша үлкен қиын катион түзіледі.

Сонымен экстракция әдісімен НҒ-дың концентрациясы 2/3 м/л болса, Ta Nb бөліп алуға болады. Егерде 1 сатысында Ta Nb бөліп алып, қосаларды сұйық фаза түрінде қалтыруға тиімді болады. Мұндағы қоспалар Fe, Mn, W, Al, Ti. Осы аталған қоспалардың таралу коэффициенттері көрсетілген.

Элемент	Nb	Ta	Fe	Mn	Ti
Д			0,001	0,017	0,002

Ta Nb жеке бөліну реакция сатысында жүзеге асады. Экст. тазарту және Ta Nb бөлу процесстері келесі сатыардан тұрады:

1) НҒ концентрациясы 10 моль/л төмен болған кезде экстагент ретінде ТБФ қолданып Ta Nb-дің бірге жүретін реакциясы;

2) Nb-дің сумен тазалау реэкстракцияға түсіп ниобийдің сұйық фазага өтуі;

3) К тұздарының сулы ер-мен Та реэкстракциясы нәтижесінде К фторо танталаты түзіледі. (К₂ТаҒ₇)

4) Ниобий оксидтерін сулы ерітіндісін ьұнбаға түсіру.

Экстракционды тазарту мен бөлудің аппаратуралық сұлбасы.

Экстракциялық бөлу процессі араластырғыш – тұндырғыш немесе пулсациондық калонналарда жүргізіледі. Аталған аппараттар НҒ, қышқылдарына төзімді материалдын жасалуы керек. Бастапқы ер-ді араластыру 2 әдіспен жүргізіледі. ТБФ органикалық фаза.

1) Қарама-қарсы ток принципі, яғни ауы сулы фаза калонның үстіңгі бөлігінен жіберіледі, ал жеңіл фаза каоннаның ↓ бөлігін жібереді.

2) Перфорирлі бөлгіштердетұратын арнайы араластыру насадкасынқолдану.

.

Осы насадка ақылы пульсация сұйықтық өтеді. Пульсация механикалық немесе пневматикалық жолмен жасалынады. Пульсация сұйықтықтың араластыру нәтижесінде вазаларды бөлетін шекараларда рекция өтеді. Құрамында Ta Nbбар органикалық фаза 1ші сызықтың жоғарғы бөлігінде тұндырылады және калоннадан шығарылады. Ал құрамында қоспалары бар сулы фаза рафинат қайта өңдеуге және қалдықтарға калннаның төменгі бөлігімен жіберіледі
К фторотанталатын алу

1-копус

2- қыздыру және суыту рубашкасы

3- бастапқы материалды енгізуге арналған құбыр

4- КСІ және КҒ енгізу құбыры

5-КФТ кристалдарын шығару бөлігі

Бастапқы ерітінді құрамында Та бар қыздырылған реакторға енгізіледі. Үстінен араластыру кезінде КСІ ер-сі ағынмен жіберіледі. Келесі реакция бойынша К₂ТаҒ₇ түзіледі.

(35ᵒC)

реакторды суытқаннан кейін КФТ кристалдары тұнбаға түседі. Сұйық фазаны бөліп алғаннан соң кептірілуге жіберіледі. Түсі ақ өлшемі 1 мм кем.

Nb-дің алюмотермиялық тотықсыздануы (Оксидтерден Nb-ді алудың алюмотермиялық әдісі).

Ниобийді алу.

Бұл әдістің жоғары техника-экономикалық көрсеткіштері:

Тотықсыздану реакциясы:

3Nb₂O₅ + 10Al = 6Nb + 5Al₂O₃

Тотықсыздану реакциясы жоғары жылулық эффектімен бірге жүреді. Үрдістің термиялығы стихиометриялық алынған шикіқұрамның 1 кг-на 2640 кДж құрайды. Осы себепті үрдіс пештен тыс әдіспен жүргізілуі мүмкін. Шикіқұрамды бөліп алғаннан кейін алынған Nb-ді Al-ден электр-сәулелі /вакуумдық доғалы пеште қайта балқытумен тазартады.

Қожы бар ниобийдің шығыны – үрдістің маңызды көрсеткіші болып табылады. Стехиометриялық мәндерге байланысты Al-дің артық түзілуі қожы бар ниобийдің шығынын төмендеуін көрсетеді.

2127⁰С температурада, Nb-де Al-дің концентрациясы масса бойынша 10-13% болғанда шикіқұрамдағы ниобийдің мөлшерін металдық фазаға 99,5%-дан астамын алумен сәйкес масса бойынша шамамен 0,1-0,3% құрайды. Бұл көрсеткіштерді қамтамасыз ету үшін стехиометриялық мәндерге байланысты шикіқұрамға жуық шамамен 130% Al-ді енгізу қажет.

Nb-ді алудың карботермиялық әдісі

Nb вакуумдық пеште 1,39 Па-дан кіші қысымда көміртегімен Nb₂O₅-тен тотықсыздануы мүмкін. Жиынтық реакциясы келесідей:

Nb₂O₅ + 5C = 2Nb + 5CO (1)

Бұл реакция 1800-1900⁰С температура кезінде жүруі мүмкін. Үрдісті 2 сатыда жүргізеді:

1. Nb карбидін алу Nb₂O₅ + 7C = 2NbC + 5CO (2)

2. Nb₂O₅ + NbC = 7Nb + 5CO (3) – вакуумдық пеште.

1-ші саты атмосфералық қысымда жүргізіледі. Ал 2-ші саты вакуумдық пеште жүргізіледі, бұдан пеш өнімділігі (1) реакциямен салыстырғанда 1,5 есе өседі.

Үрдіс механизм 675⁰С температурада тотықсыздану реакциясы үрдісінде Nb оксидінің булануы және олардың NbC пен көміртегі бөліктерінде адсорбциясы жүреді. Содан соң көміртегі оксидін түзе жүретін көміртегі және оттегінің қарсы диффузиясы және оның десорбциясы жүретін Nb қабатын түзілуімен тотықсыздану реакциясы жүреді.

Үрдістің кинетикас

I.

Nb₂O₅ + C = 2NbO₂ + CO

NbO₂ + C = NbO + CO

2NbO + 3C = Nb₂C + 2CO

Nb₂C + C = 2NbC

II.

Nb₂O₅ + 2NbC = 2NbO₂ + Nb₂C + CO

2NbO₂ + 2NbC = 2NbO + Nb₂C + 2CO

NbO + Nb₂C = 3Nb + CO

Үрдістің 1-ші сатысында, яғни 1-ші реакция бойынша үрдіс жылдамдығы оксидтің булану жылдамдығымен анықталады, ал 2-ші сатыда, яғни 2-ші реакция бойынша Nb арқылы көміртегі және оттегінің диффузия жылдамдығы арқылы анықталады.

Үрдістің термодинамикасы

1000⁰С-ден жоғары температурада 1-ші сатының реакциясы үшін (NbC түзетін) көміртегі оксидінің тепе-теңбік қысымы 1 атм-ны құрайды. Сондықтан үрдісті металдық Nb түзетін атмосфералық қысымда жүргізеді, ал 2-ші саты 1700⁰С-ден температурада көміртегі оксидінің төменгі қысымын қажет етеді (10^-2 мм.сын.бағ.). Сол себепті үрдіс вакуумда жүргізіледі.

Өндірістің технологиясы

Тәжірибеде NbC + Nb₂O₅ қоспасын брикеттерге престейді. Вакуумда 1·10^-2мм.сын.бағ. (1,33 Па) қалдық қысымда 1900⁰С температураға дейін қыздырады. 6 сағ ұстайды. Үрдісті графитті қыздырғыштары бар индукциялық вакуумдық пештерде жүргізеді. Алынған ниобийдің құрамы: С 0,1-0,15%; О₂ 0,15-0,3%; N₂ 0,5%.

Кеуектілігі 30-40% күйдірілген ниобий блоктарын электронды-сәулелі пештерде қайта балқытады.

1 – пеш

2 – электронды пушка

3 – электромагнитті фокусты құрылғы

4 – берілген шикізат

5 – құйманы шығаруға арналған құрылғы

6 – вакуумдық жүйе

7 – электронды-сәулелі балқыманың құймасы Артықшылығы:

Кемшілігі: Қатты фазада диффузиялық үрдістердің баяу жүруінің төменгі өнімділігі

Танталдың натритермиялық тотықсыздануы

Металды алуда шикізат ретінде кешенді фторидтер қолданылады. Оларды тотықсыздандыру үшін келесі металдар қолданылады: Na, Ca, Mg.

Технологияда натрийді қолданады, себебі түзілген фторидті натрий суда жақсы ериді. Тантал бөлшектерінен сумен жуу арқылы бөлінуі мүмкін, ал магний және кальций фторидтері суда жаман ериді. Оларды қолдану реакция өнімдерін бөлуді қиындатады.

Кешенді фторидтердің тотықсыздануы үрдістің өздігінен жүруіне жеткілікті жылу бөлумен жүреді. Шикіқұрам болат тигеліне ФТК (калийдің фторотанталаты) және ниобий кесектері қабатпен тиеледі. Шикіқұрам үстін NaCl қабатымен жабады, ол тантал ұнтағын тотығу мен нитрлеуден қорғайды. Және үрдісті ауада жүргізуге мүмкіндік береді.

Ылғал мен Na әрекеттесуінен сутегі мен жарылғыш қоспалар түзілмеуі үшін тиеу алдында тигель мен тұздар жақсылап кептірілуі керек. Тиеуден кейін 450-500⁰С-ға дейін локальді қыздыру жүргізіледі. Массаны 800-900⁰С-ға дейін қыздырғанда реакция жылдам тарайды.

Натрий 97⁰С балқып, 883-973⁰С-да қайнағандықтан тотықсыздану реакциясына газ және сұйық түріндегі натрий қатысады да, үрдістің жоғары жылдамдықта жүруін қамтамасыз етеді. Түзілген калий және натрий фторидтері 710⁰С эвтектикалық қоспа түзеді. Тотықсыздану негізінен 2 реакция бойынша жүреді.

K₂TaF₇ + 5Na_{(қатты, сұйық)} = Ta_(қ) + 2КҒ_(с) + 5NaF_(c)

Cұйық және газ тәріздес натрий үшін сәйкесінше үрдістің термиялылығы 1980 және 3120 кДж/кг тең.

Пештен тыс жүргізілетін әдістер Ta >1 мкм бөлшегі түзіледі. Температураны көтеріп, ұстау уақытын ұзартқанда бөлшектердің өлшемі үлкейеді.

Үрдіс аяқталғаннан кейін тантал бөлшектері артық мөлшердегі натрий бар қож тұздарына жабысқан күйде болады. Реакция аяқталған соң массаны тигельден шығарады, құрамында танталы жоқ қождың жоғарғы бөлігін алып тастайды, ал қалғанын жақты ұсатқышта ұсатады. Ұсатқаннан кейін реакторды суық сумен шаяды. Сумен жуу нәтижесінде тұзды қождың негізгі бөлігі бөлінеді. Темір және Титан қоспаларын жою үшін тұз қышқылымен жуу үрдісі жүргізіледі. Содан кейін дистильденген сумен жуып, 110-120⁰С температурада кептіреді, танталды алу 90-94% құрайды.

Қоспалардың құрамы: Nb<1%, Ti<0,01%, Fe<0,05%, Si<0,01%, C<0,2-0,4%, Na және K <0,1%, Н₂<0,1%.

Дәл осылай Nb және K₂ NbҒ₇ алады. Бірақ үрдістің термиялығы 2130 кДж/кг-нан кіші болмауы керек. Сол себепті үрдістің жүруі үшін сыртқы қыздыру қажет.

Артықшылығы: жоғарғы экономикалық тиімділік.

Кемшілігі: Тотыққан ұнтақтарды алу.

Поиск по сайту: