Электролитическое рафинирование ниобия в хлоридных расплавах

• Автор: Мухамадеев, Андрей Салаватович
• Шифр специальности: 05.17.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 134 с. : ил.

1 Литературный обзор

1.1 Валентное состояние ниобия в хлоридных электролитах

1.2 Кинетика электродных процессов, в ниобийсодержащих хлоридных электролитах

1.2.1 Анодное растворение ниобия

1.2.2 Катодное осаждение ниобия

1.3 Электролитическое рафинироваши ниобия

2 Приготовление ниобийсодержащих электролитов

2.1 Анализ хлоридных электролитов, содержащих ниобий в

РАЗЛИЧНЫХ СТЕПЕНЯХ ОКИСЛЕНИЯ

2.1.1 Определение концентрации ниобия

2.1.2 Определение средней степени окисления ниобия в электролите

2.2 Приготовление ниобийсодержащих электролитов
2.2.1 Подготовка солирастворителя
2.2.2 Приготовление ниобийсодержащего электролита
2.2.2.1 Анодное растворение ниобия в хлоридных расплавах
2.2.2.2 Хлорирование ниобия с улавливанием продуктов на солевой насадке
2.2.2Л Метод сухого хлорирования .
3 Исследование процессов в ситемах ниобий солевой расплав
3.1 Взаимодействие ниобийсодержащих расплавов с
металлическим ниобием
3.2 потенциометрическое изучение систем ниобий хлоридный РАСПЛАВ
3.3 Автоматизированный электрохимический комплекс
3.4 Методические особенности экспериментов
3.5 Полученные результаты и их обсуждение
3.5.1 Исследование систем МЬКС1экв
3.5.2 Изучение систем 1ЧЪ1ЧЬС1пКС1Э1СВ
4 Кинетика электродных процессов
4.1 Методические особе1пюсти экспериментов
4.2 Кинетика анодных процессов
4.2.1 Анодное растворение ниобия в расплавленную эквимолярную смесь хлоридов натрия и калия
4.2.2 Анодные процессы в ниобийсодержащих хлоридных расплавах
4.2.2.1 Анодная поляризация ниобиевого электрода
4.2.2.2 Анодная поляризация электрода из стеклоуглерода
4.2.3 Анодное растворение сплава МЬА1 в расплавленную эквимолярную смесь хлоридов натрия и калия
4.2.4 Анодное растворение сплава 1ЧЬА1 в ниобийсодержащих
хлоридных расплавах
4.3 Катодные процессы в ниобийсодержащих хлоридных
расплавах.
4.3.1 Кинетика катодного осаждения ниобия из расплавов КС1Э1СВ1ЧЬС1П
4.3.2 Кинетика катодного осаждения ниобия из расплавов КС1экв1ЧЬС1ПА1С
5 Исследование процесса электролитического рафинирования 1ПЮБИЯ В ХЛОРИДНЫХ расплавах
5.1 Укрупненный лабораторией электролизер и метод1ПСа
проведения экспериментов
5.2 Многофакторный анализ процесса электролитического
рафинирования ниобия
5.2.1 Выбор параметра оптимизации
5.2.2 Построение математической модели процесса
5.2.2.1 Выбор плана, уровней и интервалов варьирования факторов
.2.2 Реализация плана первого порядка
5.2.2.3 Реализация плана второго порядка
5.2.2.4 Исследование поверхности отклика
5. Катодный выход по току
5.3 Электролитическое рафинирование сплава ниобия с
ф алюминием
5.3.1 Результаты исследований процесса электролиза
5.3.2 Электролитическое рафинирование ниобийалюминиевого сплава
в оптимальных условиях
6 Разработка технологии электролитического рафинирования ниобия
6.1 Конструкция электролизера
6.1.1 Работа в штатном режиме
6.1.2 Срез и сбор катодного осадка
6.1.3 Коррекция состава электролита
6.1.4 Окончание кампании
6.1.5 Техническая характеристика электролизера
6.2 Гидрометаллургическая обработка катодного осадка
6.2.1 Отмывка порошка ниобия от солевого электролита
6.2.2 Отмывка порошка ниобия от кислых вод
6. Сушка порошка металлического ниобия
6.3 Технологические схемы получения ниобия с
использованием электролитического рафинирования
Основные результаты и выводы
Список ИСПОЛЬЗОВА1ШЫХ источников
ВВЕДЕНИЕ


Особый интерес в связи с этим представляет методика исследования электродных процессов с помощью автоматизированного электрохимического комплекса . Она основана на непрерывной записи потенциала при помощи ЭВМ и позволяет реализовать любой режим поляризации рабочего электрода по заранее заданной программе изменения величины и направления тока. Полученные гальваностатическим коммутаторным методом, поляризационные кривые характеризуют стационарные зависимости потенциала от плотности тока. В течение эксперимента фиксируется также изменение потенциала рабочего электрода во времени в отдельных циклах поляризации хронопотенциометрические исследования. Выбор способа и отработка методики приготовления ниобийсодержащих электролитов. Исследование изменения степени окисления ионов ниобия в солевом расплаве в присутствии металлического ниобия. Изучение кинетики процессов анодного растворения ниобия и сплава ниобийалюминий в расплавленных солевых электролитах. Изучение кинетики процессов катодного осаждения ниобия из хлоридных расплавов, в том числе и содержащих хлорид алюминия. Построение математической модели процесса электролитического рафинирования ниобия и определение оптимальных для получения высокочистого металла условий. Рафинирование сплавов ниобийалюминий и анализ параметров электролиза. Разработка технологии рафинирования ниобия, включающая предложения по конструкции электролизера и гидрометаллургической обработке катодного осадка. Для выбора состава электролита и определения оптимальных режимов процессов электрорафинирования необходимо иметь всесторонние сведения о валентных состояниях ниобия и его электрохимическом поведении в расплавленных системах галоидных солей. Изучению данных, вопросов в последние лет посвящено достаточно большое число работ. Результаты исследований, представленные в литературе, показывают, что в хлоридных расплавах образуются комплексные ионы ниобия разной степени окисления. По единому мнению, ниобий высшей степени окисления представлен комплексными соединениями типа МЬС1 6 , . На факт протекания подобных процессов указано в работах , где исследования проводились методами циклической вольтамперометрии, импедансной спектроскопии и потенциометрии в расплавах на основе КаКС1зкв и ЫаС5С1ет. ЫЪ5 СГ 2 С мь4 СЬ С Уг С1г
1. Лишь в работе упомянуто о нестабильности электролитов, содержащих 6 V, которую авторы связали с высокой летучестью МЪС при этих условиях. В настоящее время также не подлежит сомнению устойчивость в расплаве комплексов четырехвалентного ниобия КЪС1б2 , . Суждения разных авторов по вопросам возможности существования в расплаве соединений ниобия более низких степеней окисления и состоянию расплавов, находящихся в равновесии с металлическим ниобием, очень противоречивы. На возможность существования в хлоридных расплавах в равновесии с металлом, хорошо растворимых соединений ниобия II указано в работах, выполненных, в основном, в е годы прошлого столетия. Вывод авторы делали на основании величин анодных , , и катодных выходов по току, зависимостей изотерм равновесных потенциалов от концентрации , наклона анодных , и формы катодных поляризационных кривых , , а также хронопотенциометрических исследований , . Необходимо отметить, что степень окисления ниобия, определенная по анодным выходам по току, всегда близка к трем , а значения условных стандартных потенциалов Еь2иь полученные различными исследователями, плохо согласуются между собой , . В исследованиях, выполненных в годы с использованием более совершенной экспериментальной техники и при более тщательной подготовке электролитов, данные о существовании в расплаве ионов ниобия в степени окисления равной двум, не подтвердились. Представляется наиболее вероятным, что ошибочные результаты получены в ряде ранних работ изза недостаточной очистки расплавов и газовой атмосферы над ними от кислорода, в результате чего исследователи имели дело не с хлоридными, а оксихлоридными расплавами. Следует также учитывать, что при проведении исследований были использованы керамические контейнеры. По мнению Е.