Технологічні основи отримання порошків металів електролізом розплавлених середовищ

Із технологічного погляду процес отримання металів електролізом розплавлених середовищ можна розділити на чотири етапи:

– безпосередньо електроліз;

– попереднє відокремлення отриманого порошку від застигнутого електроліту;

– вакуумне рафінування отриманого продукту;

– розмелювання та розсіювання.

Для електролізу можна використовувати електролізери двох типів. Так для отримання порошку танталу використовують електролізер, схему якого показано на рис. 5.12. Такий електролізер має катод у вигляді тигля, виготовленого зі сталі або сплаву ніхрому. Як анод застосовують полий перфорований графітовий стрижень, у який завантажують джерело металу (табл. 5.7) – прості та складні комплексні солі, оксиди, сполуки у вигляді кусків розмірами 5...20 мм, гранул або брикетів. Порошок, який виділяється в процесі електролізу, осідає на дні та стінках тигля-катода. Процес провадять до заповнення тигля на 2/3 його об’єму. Потім процес електролізу зупиняють, виймають анод, а розплав охолоджують разом з тиглем. Закристалізований розплав солей з вкрапленими в нього частинками порошку підлягає подальшій переробці.

Рис. 5.12 Схема електролізера з трубчастим графітовим анодом:

1 – тигель-катод; 2 – трубчастий перфорований графітовий анод;

3 – теплоізоляційний кожух; 4 – кришка; 5 – кронштейн для закріплення анода; 6 – нижній струмопідвід; 7 – теплоізоляційний стакан;

8 – електромагнітний вібратор; 9 – завантажувальний бункер

Інший варіант електролізу  процес з використанням електролізерів, у яких анодом слугує графітовий тигель, а катод виготовляють зі сталі або нікелю (рис. 5.13). Для отримання порошків у таких електролізерах вихідну сировину, наприклад двооксид титану, засипають безпосередньо в електроліт, основу якого складає CaCl₂. У процесі електролізу на металевому катоді разом з електролітом створюється катодна «груша». У міру накопичення катодної «груші» її виймають з електролізера і охолоджують в соляній ванні.

У процесі електролізу розплавлених соляних середовищ для підтримання заданих умов коригують склад електроліту, добавляючи в нього матеріал – джерело основного металу.

Отриманий електролізний продукт у вигляді закристалізованих солей-розчинників із вкрапленими частинками порошку розміром 50...70 мкм, наприклад танталу, розмелюють в млинах, які працюють у замкнутому циклі з повітряними сепараторами. Унаслідок цього частина електроліту відділяється і може використовуватись повторно в процесі електролізу. Після розмелювання продукт для більш повного видалення електроліту промивають на концентраційних столах водою. Для зменшення в порошку вмісту домішок металів (заліза, молібдену) та стабілізації поверхні частинок його обробляють гарячим розчином азотної та соляної кислот. Потім порошок промивають водою і сушать у вакуумі.

Можливий інший варіант очищення катодних осадів з використанням вакуумно-термічних установок (рис. 5.14). У них порошок металу відділяють від соляного електроліту його виплавленням у середовищі аргону в спеціальних ретортах, виготовлених з жаростійкого матеріалу. Для цього в реторті (1) розміщують тигель (7) з катодним осадом. Потім реторту вакуумують, заповнюють аргоном і нагрівають до температури 1000 ºС за допомогою електропечі (2), Соляний електроліт плавиться і через гратку в нижній частині тигля стікає в стакан (4). У кінці процесу реторта знову вакуумується для більш повного видалення солей випаровуванням. Унаслідок такого процесу отримують порошок металу у вигляді злегка спечених дендритів, які розмелюють. Таким чином, можна отримувати порошок танталу з умістом основного компонента 99,8…99,9 %.

Рис. 5.13 Схема електролізера з графітовим анодом-тиглем:

1 – гідроциліндр; 2 – камера; 3 – катод; 4 – електрод; 5 – газовідвідна трубка;

6 – графітовий анод; 7 – підвід тетрахлориду титану

Рис. 5.14. Схема вакуумно-термічної установки для очищення катодних осадів:

1 – реторта; 2 – електропіч; 3 – конденсатор; 4 – стакан; 5 – дифузійний вакуумний насос; 6 – система завантаження тигля – катода; 7 – тигель–катод

Таблиця 5.7

Умови отримання порошків деяких металів електролізом розплавлених середовищ

Метал	Склад електроліту, %	Густина струму, кА/м^2	Температура, °С	Вихід за струмом, %	Анод
Джерело металу	Розчинник
Титан	TiCl2 (TiCl3)	NaCl, NaCl + KCl,   NaCl + KCl + MgCl2	а к = 5...15   а а = 1...3	809...880		Титановий скрап
Цирконій	K2ZrF6 (25…30)	KCl, NaCl (75…70)	а к= 3,5...4,5	750...800	88...90	Графіт
Залізо	FeCl2 (11…12)	NaCl + KCl (96…88)	а к = 50   а а = 2...4	750...900	80...90	Губчасте залізо
Тантал	Ta2O5 (3…3,5)   K2TaF7 (25…30)	NaCl + KCl (60…70)	а к = 5   а а = 12...16	680...720		Скрап, сполуки
Ніобій	NbCl2, (Nb) (5…8)	NaCl + KCl + NaF	а к =10... 20	680...720	88...90	Скрап, сполуки

Дата добавления: 2014-11-20