Металлотермическое восстановление

Получение порошков Ti, Ta, Nb, U.

Восстановление диоксида титана кальцием (Ti - g= 4,5 г/см³, Т _пл= 1665 °С) происходит согласно реакции:

TiO₂ + 2Ca → Ti + 2CaO +360 кДж при 1000-1100 °С

Шихту, содержащую TiO2 и Ca, подогревают до температуры 1000ºС. В результате восстановления образуется порошок с размером зерен 2-3 мкм. После отмывки Ti окисляется, и его содержание в порошке составляет 96-98 %. Лучше получать крупнозернистый порошок, для чего в шихту добавляют хлористый кальций; оксид кальция плавится, и размеры частиц увеличиваются до 10-15 мкм. Восстановление ведут в герметичном реакторе в среде аргона. Шихта брикетируется, реактор нагревается в тигельной печи до 1000-1100 °С 1 час, выгружается и охлаждается, из него извлекается содержимое, дробится, обрабатывается водой, а затем разбавляется кислотой. Порошок сушится при 40-50 °С в вакуумном шкафу.

Комбинированный процесс включает в себя восстановление магнием, а после отмывки – кальцием, расход которого снижается в два раза.

Восстановлением гидридом кальция получают порошок Ti и его гидрида. Окисление их меньшее, чем при восстановлении кальцием.

TiO₂ + 2CaH₂ = TiH₂ + 2CaO + H₂

TiO₂ + 2CaH₂ = Ti + 2CaO + 2H₂

Получение порошка Та, Nb, Zr (Та - g= 16,6 г/см³, Т _пл= 3014 °С), (Nb-g= 8,57 г/см³, Т_пл= 2470 °С), (Zr - g= 6,45 г/см³, Т _пл= 1852 °С),

осуществляется восстановлением соединений K₂TaF₇, TaCl, K₂NbF₇, K_2ZrF₇, ZrO₂ натрием, кальцием и гидридом кальция.

Получают из фтортанталата К.

К₂ТаF₇ + 5Na → Ta + 5NaF + 2KF

В стальной тигель послойно загружают соль К₂ТаF₇ и Na. Нагревают шихту до температуры 800-900ºС. После восстановления измельчают, промывают водой, разбавленной HCl, опять водой, а потом сушат. В результате получают порошок Та 1-3 мкм. Он окисляется и содержание кислорода доходит до 2-5 %, поглощается водород, содержатся щелочные металлы. извлечение составляет только 90-94%, т.к. мелкие фракции уносятся. Если давать выдержку при 1000 °С, можно укрупнить частицы и повысить качество.

Получение порошка U:

UO2 + 2Ca → U + 2CaO

Восстановление ведут в реакторе, реактор первоначально промывают аргоном и нагревают до температуры 1200ºС, выдерживают в течении 30 мин., потом быстро охлаждают. Продукты реакции в виде спека дробят и подвергают обработке водой. Частицы порошка диаметром 10-15 мкм вначале промывают 1,5- н HNO₃, а затем сушат в вакууме. В результате получают круглые частицы U, диаметром 10-15 мкм.