Лекция №22. Восстановление металлов из хлоридов водородом

План:

1. Термодинамическая вероятность восстановления хлоридов водородом.

2. Восстановления TaCl₅ металлов из хлоридов водорода.

3. Восстановление TiCl₄.

Из приведенной на рисунке 60 диаграммы зависимости ∆G - Т, относящейся к восстановлению хлоридов водо­родом, видно, что существует принципиальная возможность восстановления 'большей части галогенидов водо­родной плазмой вплотьдо получения металла. C термодинамической точки зрения восстановление водородом из хлоридов невозможно для W (из WCl₂), Re, Mo, (их MoCl₂), Nb. Опреде­ленным недостатком процесса восстановления хлоридов водородом является необходимость полного протекания реакции, так как даже следы остаточных субхлоридоз могут привести к самовозгоранию полученного металла

Рисунок 60. Температурная зависимость ∆G⁰_T при восстановлении хлоридом

При соответствующем режиме восстановления хлоридов в низкотемпературной водородной плазме по­лучают микроскопические шаровидные частицы, которые вполне пригодны для изготовления (качественных изде­лий методом порошковой металлургии, например для космической техники. Фирма Electrotherm (Бельгия) применила процесс восстановления хлоридов в водород­ной плазме, при котором применяется электрическая схема соединения плазматронов, Установки с использованием дополнительного нагрева плазменного пламени переменным (в большинстве слу­чаев трехфазным) током обеспечивают возможность технической реализации теоретических принципов и до­стижения производительности, применимой в промыш­ленной практике. Принципиальная схема трехфазной плазменной установки, пред­назначенной для нагрева реагирующей системы по­казана на рисунке 61.

Рисунок 61. Принципиальная схема трехфазного плазменного генератора

Эта установка была использована для восстановления галогенидов металлов водородом при высоких температурах. Были получены чистые ме­таллы в виде порошка крупностью 10^-9 м и менее, в частности тантала.

На рисунке 62 приведено влияние температуры на равновесное количественное распределение веществ в системе TaCl₅ – 2.5H₂ (базовая представляемая реакция: TaCl₅+2.5H₂=Ta+5HCl).

Рисунок 62. Влияние температуры на равновесное количественное распределение веществ в системе TaCl₅ – 2,5H₂

Из рисунка 62 видно, что большой выход Ta наблюдается при 3700 - 4000⁰С. Восстановление Ta из TaCl₅ осуществляли на полупромышленной ус­тановке при следующих условиях:

Расход потока реакционного газа, 11 м³/ч

Подводимая мощность на панели управ­ления, 110 кВА

Средняя температура газа, °С . . . . 3300

Производительность по танталу, 30 кг/ч

Эффективность получения металлов из хлоридов подтверждается работой 1,5 МВт установки в США производящей плавленый титан восстановлением его из TiCl₄ парами натрия или магния в струе водорода. Себестоимость процесса уменьшается в 10 раз. Процесс может быть применен для получения из хлоридов Mo, Si, Ta и Zr.

Вопросы

1) Метод определения восстановления хлоридов по диаграммам ΔG = f(T).

2) Термодинамика и практика восстановления TaCl₅.

3) Термодинамика и практика восстановления TiCl₄.

Литература

1.Дембовский В. Плазменная металлургия.- М.: Металлургия. 1981. -280с.

2.Краснов А.Н., Шаривкер С.Ю., Зильберберг В.Г. Низкотемпературная плазма в металлургии. М., "Металлургия", 1970. – 242с.