Магниетермическое получение и изучение физико-химических свойств нанопорошка гафния

• Автор: Ильина, Елена Александровна
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 113 с. : ил.

Оглавление
Акт о наработке опытных партий нанопорошков гафния
Введение
1 Свойства, получение и применение гафния
1.1 Свойства крупнокристаллического гафния
1.2 Методы разделения гафния и циркония
1.3 Методы получения гафния
1.3.1 Металлотермическое восстановление
1.3.2 Электролиз расплавов
1.3.3 Термическая диссоциация
1.3.4 Методы получения наноразмерного гафния
1.4 Применение гафния
1.5 Выводы по анализу литературных данных и постановка задачи исследования
2 Исходные материалы и методы исследования
2.1 Характеристика исходных материалов
2.2 Химический анализ
2.2.1 Рентгенофлуоресцентный анализ
2.2.2 Атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой
2.2.3 Химический анализ на кислород
2.2.4 Определение растворенных газов
2.2.5 Определение радионуклидов
2.3 Анализ величины удельной поверхности
2.4 Электронная микроскопия
2.5 Рентгеновская дифракция
2.5.1 Определение средних размеров областей когерентного рассеяния (ОКР)
2.5.2 Расчет распределения ОКР по размерам
3 Разработка технологической схемы получения нанопорошков гафния
3.1 Разработка технологической схемы магниетермического получения нанопорошков гафния
3.1.1 Термодинамическая возможность реакции получения порошка гафния
3.1.2 Схема процесса получения порошка гафния
3.1.3 Материал реакционной трубки и мешалки
3.1.4 Скорость перемешивания расплава и конструкция мешачки
3.2 Получение нанопорошков гафния

3.2.1 Приготовление раствора состава КгНКЛб-КСЛ
3.2.2 Восстановление гафния в расплаве К2НГС1б-КС1
3.2.3 Извлечение металлического порошка гафния из расплава
3.3 Разработка оптимальных условий магниетермического восстановления
3.3.1 Влияние природы расплава на процесс восстановления
3.3.2 Влияние расхода металла-восстановителя на технологические показатели
3.3.3 Влияние температурно-временных режимов на технологические показатели
3.3.4 Влияние содержания гафния в исходной шихте на технологические показатели
4 Влияние условий восстановления на свойства нанопорошков гафния
4.1 Влияние условий восстановления на фазовый состав нанопорошков гафния
4.2 Влияние условий восстановления на размер частиц и морфологию нанопорошков гафния
4.3 Влияние условий восстановления на размеры ОКР нанопорошков гафния
4.4 Исследования структуры нанопорошка гафния
4.5 Исследование форм присутствия кислорода в нанопорошках гафния
5 Разработка промышленного участка по получению нанопорошков гафния
5.1 Химический состав полученных порошков гафния
5.2 Влияние дополнительной кислотной обработки конечного продукта на технологические показатели
5.3 Экологическая экспертиза полученных панопорошков гафния
5.4 Пассивация, хранение и транспортировка нанопорошка гафния
5.4.1 Защита нанопорошка гафния от внешних воздействий
5.4.2 Транспортировка, маркировка и упаковка нанопорошка гафния
5.5 Наработка опытных партий панопорошков гафния
Выводы
Литература
Приложение
Акт о наработке опытных партий нанопорошков гафния

Введение
В настоящее время развитие новых отраслей промышленности, в том числе, создание производства редких металлов, является весьма актуальным и перспективным направлением [1-4]. После распада СССР большое количество технологических циклов по выделению данных металлов осталось за пределами России. В связи с этим решение данной задачи позволит обеспечить национальную безопасность, экономическую и энергетическую независимость страны.
Большинство редких металлов, ранее почти не имевших практического применения из-за своей дороговизны и крайней сложности производства, нашли свое скромное, но значимое место на мировом рынке благодаря развитию новых технологий: химической и аэрокосмической промышленности, атомной энергетики, полупроводниковой индустрии и др. В частности, одним из таких металлов стал гафний, до конца XX века считавшийся не более чем побочным продуктом при добыче циркония. Отраслью, где гафний был оценен по достоинству, стала, в первую очередь, атомная энергетика.
В СССР работы по производству и внедрению гафния в атомной энергетике проводились в Украине. Промышленное производство этого металла продолжается в Украине и в настоящее время. Европейские фирмы не производят гафний требуемой степени чистоты, поскольку не имеют для этого промышленных технологий. США производят достаточно чистый йодидный металл, но для внутреннего потребления. Сфера его использования, в основном, ограничивается транспортными реакторами подводных лодок и аэрокосмической отраслью, включая производство двигателей для космических кораблей. США имеют мощности для производства 100 т гафния в год, но они на 50% законсервированы, т.к. объем национального рынка этого металла ограничен, а его экспорт как стратегического материала, используемого в ядерных технологиях, находится под строжайшим контролем и подпадает под международный договор о нераспространении ядерного оружия. Сырьевая база гафния США, Франции, России в виде складируемого в течение десятилетий избытка гидроксида гафния позволяет при необходимости увеличить производство этого металла. При этом Украина является единственной страной в Европе, производящей ядерночистый гафний [5-7].
В настоящее время в открытом акционерном обществе «Чепецкий механический завод» внедрена экстракционная технология получения ядерночистого циркония с содержанием гафния не более 0,01 %. В результате работы экстракционного участка образуется загрязненный различными примесями оксид гафния, содержащий около 20 % основного вещества. Данный продукт до настоящего времени не находил своего применения
ё(Л)
4Ът А 1псг
•ехр

2 1п а

где А - текущий диаметр сферических кристаллитов, нм;
цис- медиана и дисперсия (размах распределения, полидисперсность, неоднородность по размерам и т.д.) распределения, соответственно.
Медиана ц соответствует величине диаметра, делящего площадь под кривой g(A) пополам.
Имея значения параметров рис, можно определить средний диаметр кристаллитов (среднеарифметический размер)
А = ц-е'
—1п а

положение максимума распределения (наивероятный размер):
А=М-г2ст),
(10)
и величину максимума д(А)
-1п2 а
£тах = .§(4>)=-7==
41л--тсг
Таким образом, выбранный перечень современных методов исследования позволит получить высокоточную и достоверную информацию о составе и свойствах получаемого материала, что будет являться инструментом для решения поставленной задачи: отработке технологической схемы получения нанопорошка гафния на основе объективных данных.