Иодидное рафинирование циркония

Методы рафинирования редких металлов

Иодидное рафинирование металлов на примере получения циркония высокой чистоты

Основано на использовании типичной транспортной реакции.

1. Zr + 2 I2 = ZrI4 (первая зона, низкие температуры)

Затем пары ZrI4 переносятся в другую зону, где идет обратный процесс

2. ZrI4 = Zr + 2 I2 (вторая зона, высокие температуры)

Между зонами имеется разность температур и градиент концентраций.

В зоне 1-ой реакции поддерживается высокая концентрация ZrI4, в зоне 2-ой – низкая. При этом происходит перенос вещества из холодной зоны в горячую.

Аппарат представляет собой закрытая камеру, в которой установлены токоподводы, к которым прикреплена циркониевая нить. Около стенок располагается молибденовая или нихромовая сетка, которая набивается стружкой циркония, подлежащего рафинированию. Нить за счет пропускания электрического тока нагревается до температуры T2, при этом на ней идет разложение ZrI4 на Zr и I2. Выделившийся йод снова возвращается в зону 1 и расходуется на образование иодида циркония.

При проведении процесса необходимо создать подходящие температурные условия в зонах реакции. Наиболее благоприятная Т1260С (но не выше, иначе наряду с ZrI4 начинают образовываться низшие иодиды ZrI2 (>300С),ZrI3 (>500С)). Т21500С.

Характеристики аппарата: V АПП-ТА = 0.85 м3; LНИТИ = 2428 м; dНИТИ = 25 мм; I = 1101000 A. Максимум скорости осаждения приходится на Т2=260С. Чем > Т1, тем труднее удерживать Т2 т.к. между ними очень маленькое расстояние. Спад скорости осаждения происходит из-за образования низших иодидов. При Т>500С наблюдается возрастание за счет роста упругости пара низших иодидов. Скорость процесса  от р(ZrI4) образуемого в аппарате. Из 1 моля Zr и 2 молей I2 получается 1 моль ZrI4. При высокой ТС степень диссоциации I2 и ZrI4 высокая (I2 более реакционно способен). Состав газовой фазы I2, ZrI4, ZrI3, ZrI2, I. Лимитирующая стадия процесса: диффузия ZrI4 и I2 (равные р(I2) и р(ZrI4) являются благоприятными условиями)

Основные технологические операции иодидного рафинирования:

1. Приготовление штабиков из порошка электролитического циркония.

2. Прессование, спекание и приготовление стружки (в вакууме при Т=1050С).

3. Промывка камеры раствором аммиака (=1час), сушка сжатым воздухом (=1час), заполнение карманов цирконием, крепление нити.

4. Крепление крышки (для обеспечения плотной вакуумной системы).

5. Установка аппарата в печь, присоединение к вакуумной линии, нагрев до 300С (либо горячим воздухом, либо другим источником тепла), проверка на герметичность, обезгаживание (=12 час). После этого создается вакуум, устанавливается рабочая температура Т1=250С, из капсулы подается I2, нить нагревается до 1400С и начинается процесс осаждения (1.5 час).

6. Отключение высокого напряжения, аппарат отключается, остывает до ТКОМН.

При иодидном рафинировании происходит максимальная очистка от углерода (не образует иодиды), кислорода (остается в виде оксидов), и азота.

Общий вес нити за процесс составляет  80 кг.

При иодидном рафинировании тория используют следующие параметры процесса: Т1=260280С, Т2=13501500С.

Дата добавления: 2014-01-07