Т.Б. Янко, А.В. Карпенко

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЦИРКОНИЯ

ГП «Государственный научно-исследовательский и проектный институт титана», Запорожская государственная инженерная академия

Технологии получения циркония характеризуются большой сложностью и требуют специального подхода.

Метод получения циркония электролизом известен давно, однако сложность аппаратурного оформления и значительные энергетические затраты усложняют его широкое внедрение. Промышленное применение имеет электролиз комплексных фторидов циркония, а также электролиз в солевых хлоридно-фторидных системах.

Основными реакциями процесса электролиза с использованием хлоридно-фторидних растворов являются [1]:

; (1)

. (2)

Технология восстановления фторидов циркония кальцием освоена на ГНПП «Цирконий». Указанное производство основано на реализации кальциетермического восстановления тетрафторида циркония:

. (3)

Преимуществами метода являются относительная простота технологического процесса и низкое содержание гафния, а также возможность получения сплавов циркония непосредственно в процессе восстановления. К недостаткам следует отметить высокую себестоимость продукции из-за использования дорогих реагентов, а также использование вредных соединений фторидов.

В основе восстановления хлоридов циркония магнием лежит реакция:

. (4)

Технология предусматривает хлорирование циркона, разделение хлоридов циркония и гафния, восстановление тетрахлорида циркония, очистку продуктов восстановления вакуумной сепарацией, вакуумную обработку губчатого циркония и его переработку на товарный продукт.

В Институте титана предложены новые технические решения конструктивного оформления аппарата восстановления, а также способа его питания тетрахлоридом циркония [2,3], которые повышают производительность процесса и позволяют получать губчатый цирконий высокого качества.

Технологии рафинирования циркония применяют для очистки некондиционного загрязненного металла, переработки отходов циркония и его сплавов, а также при производстве циркония из чернового металла, полученного дешевым способом.

В промышленных условиях используют методы электролитического и йодидного рафинирования [4]. Процесс электролитического рафинирования незначительно отличается от производства циркония электролизом. Разница заключается в уровне температуры для данных процессов и более высоких требованиях, предъявляемых к электролизерам, а также чистоте применяемых материалов. При электролизе более электроположительные, по сравнению с основным металлом, примеси остаются в анодном шламе, а более электроотрицательные – накапливаются в электролите. Очищенный цирконий осаждается на катоде.

Методом йодидного рафинирования получают высокочистый цирконий. Черновой металл в вакуумированном аппарате нагревают до температуры, обеспечивающей достаточную скорость насыщения его йодом. При этом образующийся тетрайодид циркония переходит в газовую фазу, переносится к накаленной вольфрамовой нити и диссоциируется на йод, возвращаемый на йодирование чернового металла, а также металл, осаждаемый на нити.

Процесс йодидного рафинирования описывается уравнением:

. (5)

Такой способ является эффективным методом очистки циркония от примесей, которые не образуют летучих соединений с йодом в условиях проведения рафинирования циркония, в частности от таких примесей, как кислород и азот, которые способствуют хрупкости металла.

Рафинирование очищенного магнийтермического циркония электронно-лучевой плавкой позволяет значительно снизить содержание алюминия, железа, кремния, магния, марганца, меди, титана и получить цирконий высокой чистоты.

Выводы. Технология магнийтермического восстановления тетрахлорида циркония позволяет получать цирконий достаточно высокого качества. При этом себестоимость полученного циркония меньше, а процесс более быстрый со значительным энергосбережением. Учитывая это, а также направленность мирового производства циркония на использование хлорной технологии, становится очевидным, что с магнийтермической технологией получения циркония должно быть связано развитие производства данного металла в Украине.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ажажа В. М. Цирконий и его сплавы : технологии производства, области применения – обзор [Текст] / В. М. Ажажа, П. Н. Вьюгов, С. Д. Лавриненко и др. – Харьков : ННЦ ХФТИ, 1997. – 98 с.

2. Спосіб магнієтермічного отримання губчастого цирконію [Текст] : пат. 90853 Україна: МПК51 С 22 В34/14 / О. П. Яценко, О. Д. Сущинський, Т. Б. Янко та ін. / заявник і патентовласник ДП «ДНДП Інститут титану»; опубл. 10.06.2014, Бюл. № 11.

3. Пристрій для магнієтермічного відновлення тетрахлориду цирконію [Текст] : пат. 82174 Україна: МПК51 С 22 В34/14 / О. П. Яценко, О. Д. Сущинський, Р. А. Щербань та ін. / заявник і патентовласник ДП «ДНДП Інститут титану»; опубл. 25.07.2013, Бюл. № 14.