Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Процессы получения и обработки материалов. Получение тугоплавких металлов из соединений. Учебное пособие
.pdf
Рис. 2.12. Аппарат для восстановления диоксида титана кальцием:
1 – патрубок для присоединения аппарата к насосу или источнику аргона;
2 – теплоизолирующая засыпка; 3 – крышка; 4 – уплотнение;
5 – корпус аппарата (реторта); 6 – стальной тигель; 7 – брикеты шихты;
8 – электропечь
В результате восстановления получают мелкие зерна титана (размером 2…3 мкм), так как их росту препятствуют прослойки тугоплавкого оксида кальция.
Укрупнению частиц благоприятствуют добавки CaCl
, образую-
2
щего жидкую фазу. Механизм действия хлористого кальция заключается в следующем. Образующийся оксид кальция растворяется в расплаве CaCl
. При 1000 С растворимость СаО в хлориде кальция со-
2
ставляет 25 %. В этих условиях происходит рост титановых частиц
через расплав в результате их подвижности.
Добавляя различные количества CaCl
(TiO
+ Ca + CaCl2), можно гибко регулировать размер частиц полу-
2
в исходную шихту
2
чающегося порошка титана. Если ввести хлористый кальций в количестве, достаточном для растворения при восстановлении всего образующегося оксида кальция (примерно в молярных соотношениях
СaO : CaCl
= 2:1), то получают порошки титана с размером частиц
2
до 10 мкм и более.
Восстановление проводят в герметичных аппаратах из жаростойкой стали, куда загружают брикетированную смесь диоксида титана с
хлоридом кальция и кальцием (рис. 2.12). Кальций применяют в виде
81
мелких кусочков или стружки. Аппарат откачивают, затем заполняют
аргоном, нагревают до 1000…1100 С и выдерживают при этой температуре примерно 1 ч.
Чтобы предотвратить частичный унос кальция из зоны реакции
вследствие его конденсации на более холодной поверхности крышки
аппарата его помещают в печь таким образом, чтобы все внутренние
пространство находилось при одинаковой температуре. С этой же
целью применяют заглубленную крышку с теплоизолирующей засыпкой. Продукт восстановления измельчают и обрабатывают большим количеством воды, а затем разбавленными кислотами (соляной,
уксусной), промывают водой и сушат в вакуумном сушильном шкафу
при 40…50 С.
Титан полученный кальциетермическим методом, характеризуется
следующим составом, %: 98,5…99,0 Ti; 0,03…0,15 N; 0,2…0,25 O;
0,01…0,03 H, 0,1…0,2 Si; 0,01…0,05 C; 0,10…0,25 Fe; 0,05…0,15 Al,
0,1…03 Ca; 0,03 Mg; 0,01…0,1 Cu.
Восстановление диоксида титана гидридом кальция. Восста-
новление металлов гидридом кальция является разновидностью
кальциетермического процесса восстановления.
Гидрид кальция получают воздействием сухого водорода на кальций в температурном интервале 400…600 С. При температурах выше 800 С гидрид кальция разлагается с образованием кальция и водорода. Образующийся атомарный водород практически мгновенно
соединяется в молекулы водорода. При 970 С равновесное давление
водорода над гидридом кальция достигает 760 мм рт. ст. (1 атм).
Восстановление диоксида титана гидридом кальция описывается
следующей суммарной реакцией:
TiO
+ 2CaH2 TiH2 + 2 CaO + H2 + 117 кДж.
2
Выделяющегося тепла недостаточно для самопроизвольного течения реакции, необходим внешний подогрев.
В отличие от кальциетермического процесса в результате восстановления получается гидрид титана или твердый раствор водорода в титане.
Это представляет некоторые преимущества, так как порошки гидрида
титана меньше окисляются при отмывке оксида кальция, чем порошки
титана. Кроме того, чистейший водород, выделяющийся в процессе восстановления из СаН
в порах сбрикетированной шихты, хорошо вымы-
2
вает из реакционного пространства остатки азота воздуха.
Гидрид кальция легко разлагается в присутствии влаги воздуха:
82
Исходные материалы
Смешивание –размол шихты, 2,5 ч
Восстановление, 1100…1200 С, 6…8 ч
Охлаждение спека в аргоне
Гашение спека (СаО+Н2О = Са(ОН)2 + 67 кДж)
Мокрый размол спека
Выщелачивание (Сa(OH)2 + 2HCl = CaCl2+2H2O HCl)
Отмывание от CaCl2 Н2О
Центрифугирование
Сушка в вакууме (0,0146 МПа, 60…70 С)
Классификация порошков
Рис. 2.13. Технологическая схема получения тугоплавких металлов
Состав шихты устанавливают на основании термохимических
расчетов.
СаН
+ 2Н2О Са(ОН)2 + 2Н2.
2
83
Поэтому его необходимо хранить в виде кусков в герметичной таре, а измельчать и приготовлять шихту (TiO
+ CaH2) в герметичных
2
мельницах и смесителях.
Процесс восстановления проводят в аппаратах из жаростойкой
стали, куда загружают брикетированную смесь диоксида титана с
гидридом кальция. Реактор после откачки воздуха заполняют осушенным водородом и нагревают до 1000…1100 С. Полученный порошок отмывают от избытка кальция и оксида кальция водой и разбавленной соляной кислотой. Порошок имеет следующие характеристики: насыпная масса 0,6…0,8 г/см
3
, крупность частиц – 90 % менее
10 мкм; содержание примесей, % не более: 0,25 О; 0,04 N; 0,05 Ca;
0,05 C; 0,05 Si; 0,35 (Fe + Ni).
Технологическая схема получения тугоплавких металлов кальцие-
термическим методом представлена на рис. 2.13.
84
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лаптев Д.М. Задачи и упражнения по термодинамике растворов: Учеб.
пособие для металлургических специальностей вузов. М.: Металлургия,
1965. 279 с.
2. Соколов И.П., Пономарев Н.Л. Введение в металлотермию / Под ред.
А.М. Чекмарева. М.: Металлургия, 1990. 135 с.
3. Елютин В.П., Павлов Ю.А. Высокотемпературные материалы. М.: Ме-
таллургия, 1972. Ч. 1. 264 с.
4. Зеликман А.Н., Меерсон Г.А. Металлургия редких металлов. М.: Метал-
лургия, 1973. 608 с.
85
Учебное издание
Челноков Валентин Сергеевич
Блинков Игорь Викторович
Аникин Вячеслав Николаевич
Сергевнин Виктор Сергеевич
Белов Дмитрий Сергеевич
Волхонский Алексей Олегович
ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ
Получение тугоплавких металлов из соединений
Учебное пособие
Редактор Л.М. Цесарская
Компьютерная верстка А.В. Софейчук
Подписано в печать 17.10.2017 Рег. № 767 Уч.-изд. л. 5,4
Формат 60 90 1/16
Национальный исследовательский
технологический университет «МИСиС»,
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4
Издательский Дом МИСиС,
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4
тел. (495) 638-45-22
Отпечатано в типографии Издательского Дома МИСиС
119049, Москва, Ленинский пр-т, 4
тел. (499) 236-76-17, тел./факс (499) 236-76-35
Электронная версия Заказ 6035
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]