Получение порошка железа

Получение порошка циркония

Электролиз проводят в расплаве NaCl или КС1, содержащем K₂ZrF₆. Хлористый калий предпочтительнее: напряжение разложения КС1 выше, чем NaCl; у электролита на основе КС1 анодный эффект на графитовых анодах возникает лишь при большой плотности тока; электролиз проводится при 750–800 °С; растворимость в воде образующегося при электролизе KF больше, чем у NaF, что облегчает отделение электролита от катодного осадка (порошка циркония). Катод – стальной. В результате протекающих реакций в ванне электролизера постепенно накапливается фторид калия или натрия, хотя этот процесс протекает сравнительно медленно, так как значительное количество фторида извлекается из ванны вместе с катодным осадком (время наращивания 2,0–2,5 ч).

Оптимальная катодная плотность тока для электролита составляет 35000–45000 А/м². Катодный осадок содержит около 30 % порошка циркония с размером частиц 50–200 мкм, остальное – соли электролита. Его удаляют с катода, дробят и обрабатывают водой, подкисленной соляной кислотой, промывают и сушат в вакууме при 50–60 °С.

Для получения порошка циркония высокого качества исходные фтороцирконат калия и хлористый калий также должны быть высокого качества, а процесс электролиза проводят в атмосфере чистого аргона.

Для электровыделения железа используют растворимые аноды из губчатого железа (< 95 % Fe), чугуна (< 90 % Fe) или рудно-угольных окатышей. Электролитом служат расплавы КС1 + NaCl или КС1 + NaCl + MgCl₂, в которых растворен FeCl₂ в количестве до 12–14 %. В процессе электролиза, который ведут в атмосфере азота при 750–900 °С, убыль катионов железа восполняется поступлением ионов железа с растворяющегося анода. Катод железный, напряжение на электролизере 6 В, катодная плотность тока < 50000 А/м², а анодная плотность тока на порядок меньше катодной.

Процесс наращивания катодного осадка ведут циклически с остановкой через 1–2 ч для его съема. Выход по току составляет 80–90 %. После извлечения из электролизера катодный осадок (механическая смесь губчатого железа и электролита в соотношении примерно 1:1) измельчают до крупности < 0,5 мм и подвергают магнитной сепарации (немагнитная фракция – возвратный электролит), после чего порошок отмывают от остатков электролита, высушивают, отжигают в водороде и классифицируют. Чистота порошка (99,9–99,94 % Fe; < 0,05 % О; < 0,005 % С; < 0,002 % Р; 0,01 % Si; < 0,01 % Мn) обеспечивает его высокие технологические свойства.

Существует возможность прямого получения железа из рудных концентратов или оксидов железа, вводимых в расплавленный железный криолит Na₃FeF₆, в электролизере с анодами из электродного графита или карбида кремния при 850–870 °С в атмосфере азота или аргона. Катодная плотность тока составляет 8000–20000 А/м2, анодная – от 2000 до 8000 А/м². Поведение примесных оксидов в процессе электролиза определяется главным образом соотношением напряжений разложения этих оксидов и оксидов железа.

По расчетным данным совместное с железом осаждение на катоде кремния, алюминия, марганца и магния невозможно до определенной минимальной концентрации оксидов железа в расплаве, равной 10 %. Выход по току может достигать 85 %. Катодный осадок обрабатывают как указано выше. Получаемый порошок железа имеет крупность частиц < 200 мкм и содержит, %: 99,5–99,7 Fe; < 0,25 SiО2; < 0,02 С; < 0,15 О; < 0,003 Р.