На сайті 11893 реферати!

Усе доступно безкоштовно, тому ми не платимо винагороди за додавання.
Авторські права на реферати належать їх авторам.

Особливості електровідновлення цирконію із флуоридних розплавів

Реферати > Хімія > Особливості електровідновлення цирконію із флуоридних розплавів

Американська фірма Westinghouse Lamip Co запатентувала способи отримання металевого цирконію з розплавів, що містять галогеніди лужного та лужноземельного металу з галогенідами цирконію. Як указують патенти, метал виділяється у чистому вигляді.

В інституті хімії НАНУ електролітично виділений сплав цирконію з алюмінієм з розплавленої суміші хлоридів алюмінію і калію, флуорида натрію та двоокису цирконію. При застосуванні графітового анода і при щільності струму від 5 до 24 А/дм2 отримали сплав у вигляді блискучого осаду. При більшій щільності струму вміст цирконію в щільному осаді зменшувався і на катоді ще виділявся чорний порошок цирконію [22].

Цирконій відносять до тугоплавких металів. Електролітичне виділення тугоплавких металів характеризується деякими особливостями. Вони заключаються в залежності структури катодного осаду від багатьох умов, що визначають стійкість тієї або іншої форми зростання. Ці особливості розглянуті в оглядовій статті А.Н. Барабошкіна.

По електролітичному виділенню цирконію з іонних розплавів виконано велике число досліджень. Такі дослідження проводилися починаючи з 1865 р. На сьогоднішній день на підставі всіх цих досліджень розроблено декілька технологічних схем електролітичного виділення цирконію з іонних розплавів. Всі ці способи можна розділити на чотири групи, що розрізняються характером використання електролітів [15].

При електролізі розплавленої суміші хлоридів алюмінію та калію, флуориду натрію і цирконій (IV) оксид, що містив хлорид алюмінія (по масі) 60%, хлорид калію – 30%, натрій флуорид – 6%, цирконій (IV) оксид – 4%. Із цього розплаву виділяється тільки чорний порошок з найбільшим вмістом цирконія. При інших співвідношеннях розплаву, при щільності струму від 5 до 24 А/дм2, виділяється сплав алюмінію з цирконієм у вигляді блискучого осаду; при більш високій щільності струму вміст цирконія в блискучому осаді зменшується; при щільності струму нижче 5 А/дм2 завжди виділяється чорний порошок з різним вмістом цирконія. Катод – мідний, анод – графітовий стержень, на який для захисту від згорання надівається фарфоровий стаканчик.

Порошок майже у всіх дослідах виділявся повністю з розплаву. Отримані чорні кристалічні порошки промиваються теплою водою. Катодна щільність струму змінювалясь від 1 до 20 А/дм2 при температурах від 360 до 550°. Напруга на клемах ванн від 3 до 5 V.

№ досліду

Катодна щільність

струму (А/дм2)

Вміст порошку

Характер осаду

Zr (в %)

Al (в %)

1

2

3

4

5

20

10

7

5

2

30

71

50

50,3

20

13

6,2

6,3

Аморфний осад

Чорний кр. порошок

Чорний кр. порошок

*

*

Як видно з таблиці, найбільший вміст цирконію в порошку досягав 71% при щільності струму в 7 А/дм2. Зміна температури від 360 до 550°С не робить помітного впливу на якість осаду [17].

Електроліз розплавленого флуорцирконату калія. Цей розплав, як було вказано вище, вже служив предметом дослідження, але з причини неясності і суперечності отриманих результатів були проведені додаткові досліди.

Подвійна флуоридна сіль калія і цирконію готується таким чином: для отримання розчину флуориду цирконію цирконій (IV) оксид розчиняється в плавиковій кислоті. До розчину флуориду цирконію на холоді повільно додається розчин флуориду калію за стехіометричними розрахунками [16].

Після перекристалізації виходили ромбічні прозорі голки гексафлуорцирконату калію. Електроліз проводиться у графітовому стакані. Катод – молібденова або стальна пластинка, анод – графітовий стрижень. Ванна закривається графітовою кришкою. Електролізер поміщають в електричну тигельну піч. При 500 °С після 2-3 годин електролізу на дно електролізера випадає осад флуориду калію, до цього часу припиняється виділення чорного порошку цирконію. Можна припускати, що при цій температурі гексафлуорцирконат калію розкладається і флуорид цирконію, що утворюється, випаровується. Електроліз проводиться при щільності струму від 0.5 до 15 А/дм2. При щільності струму в 0.5 А/дм2 на молібденовому катоді нерівномірно, окремими плямами, виділяється щільний шар металевого цирконію і на ньому сірий дрібний порошок. При інших щільностях струму виділяється сірий порошок із змістом цирконію від 63 до 70% [7].

В більшості випадків при електролізі виходять чорні осади, що містять від 70 до 80% цирконію. Домішки складаються з розплаву, що не відмивається: KCl—NaCl—K2ZrF6 при щільності струму 0,5 А/дм2 при температурі 700°С і концентрації K2ZrF6 20—35% виділяється сірий кристалічний порошок із змістом цирконію в 90—93%. При електролізі розплавленого гексафлуорцирконату калію при 0,5 А/дм2 на молібденовому катоді виділяється щільний шар металевого цирконію [7].

1.5. Застосування цирконію та його сполук.

Цирконій у ядерній енергетиці

У промисловості цирконій почав застосовуватися з 30-х років XX століття. Найпершим споживачем металевого цирконію була чорна металургія. Цирконій виявився гарним розкислювачем. По розкислюючій дії він перевершує навіть марганець і титан. Одночасно цирконій зменшує вміст в сталі газів і сірки, присутність яких робить її менш пластичною [6, 23].

Сталі, леговані цирконієм, не втрачають необхідної в'язкості в широкому інтервалі температур, вони добре чинять опір ударним навантаженням. Тому цирконій додають в сталь, що йде на виготовлення броньових плит. При цьому, ймовірно, враховується і той факт, що добавки цирконію позитивно позначаються і на міцності стали. Якщо зразок сталі, нелегованої цирконієм, руйнується при навантаженні близько 900 кг, то сталь тієї ж рецептури, але з добавкою всього лише 0,1 % цирконію витримує навантаження вже в 1600 кг [25].

Значні кількості цирконію споживає і кольорова металургія. Тут його дія вельми різноманітна. Незначні добавки цирконію підвищують теплостійкість алюмінієвих сплавів, а багатокомпонентні магнієві сплави з добавкою цирконію стають більш корозійностійкі. Цирконій підвищує стійкість титану до дії кислот. Корозійна стійкість сплаву титану з 14% Zr в 5%-вій хлоридній кислоті при 100°С в 70 разів більше, ніж у технічно чистого титану.

Інакше впливає цирконій на молібден. Добавка 5% цирконію подвоює твердість цього тугоплавкого, але досить м'якого металу [6, 7].

Є і інші області застосування металевого цирконію. Висока корозійна стійкість і відносна тугоплавкість дозволили використовувати його в багатьох галузях промисловості. Філь’єри для виробництва штучного волокна, деталі гарячої арматури, лабораторне і медичне устаткування, каталізатори - це не повний перелік виробів з металевого цирконію [25]. Проте не металургія і не машинобудування стали основними споживачами цього металу. Величезні кількості цирконію були потрібно ядерній енергетиці.

Перейти на сторінку номер: 1  2  3  4  5  6  7  8  9 Версія для друкуВерсія для друку   Завантажити рефератЗавантажити реферат