Электролитическое получение гафния в хлоридных расплавах

• Автор: Михалёв, Сергей Михайлович
• Шифр специальности: 05.17.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Содержание
Введение

1 ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАБОЧИХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

1.1 Приготовление солирастворителя

1.2 Получение гафнийсодерждщего электролита

1.3 Методика анализа хлоридного электролита на содержание

1.4 Электрохимическая очистка электролита

Заключение

2 Исследование кинетики электродных процессов

2.1 Ионно координационное состояние и термодинамические

свойства ГАФНИЯ В ГАЛОГЕИДМХ расплавах

2.2 Электрохимические свойства гафния в галогепидиых
РАСПЛАВАХ
2.2.1 Методика проведення поляризационных исследований
2.2.2 Процессы па гафииспом аноде
2.2.2.1 АНОДНОЕ РАСТВОРЕНИЕ ГАФНИЯ В ХЛОРИДЕ КАЛИЯ
2.2.2.2 Поляризация гафквого анода в гафнГсолержацх электролитах
2.2.3 Процессы на гафписво.м катоде
21 Анализ поляризационных кривых
22 Анализ кривых включения н выключения
2.2.3.3 Образование сплавов гафния со щелочными металлами
Заключение
3 Электролитическое рафинирование гафния
3.1 Анализ литературных данных
3.2 Обоснование выбора электролита
3.3 Ячейка для исследования рафинирования гафния
3.4 Оптимизация электрохимического рафинирования гафния
3.4.1 Выбор факторов и параметров оптимизации
3.4.2 Выбор интервалов варьирования
3.4.3 Выбор плани эксперимента
3.4.4 Обработка результатов экспериментов
3.5 Рафинирование гафния в гальвлодилмическом режиме
Заключение
4 Электролитическое получение металлического гафния
4.1 Электролиз гафния в кварцевой ячейке
4.2 Эксперименты на укрупннном лабораторном электролизре
4.2.1 Устройство укрупненного лабораторного электролизра
4.2.2 Разработка конструкции анодного узла
4.2.3 Коррозионные испытании конструкционных материалов
4.3 Разработка способа гидрометаллурп ческой обработки
катодного осадка
4.4 Эскизный проект герметичного электролизра
4.5 Получение гафния в электролизере открытого типа
4.6 Эскизный ПРОЕКТ гарнисажного ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
Заключение
Выводы
Список использованных источников


На предприятии примята программа по реконструкции и перевооружению химико-технологического передела циркониевого производства № 1-/2 от , основным направлением которой является внедрение, так называемой, хлорной технологии. Новая технология предполагает разделение хлоридов гафния и циркония, основанное на различии их температур кипения (рис. Одним из получаемых по этой технологии продуктов является чистый хлорид гафния, пригодный для дальнейшего производства металла. Богатая поНҐС^смесь! Рис. Известны два промышленных способа получения металлического гафния из его хлорида. Первый - металлотермическое восстановление гафния магнием или кальцием. Вторым способом является электролиз расплавов. Преимуществом этого способа считается использование идеального восстановителя, которым является электрический ток []. Качество получаемого продукта зависит только от характеристик электролита и стойкости использованных конструкционных материалов. Электролиты, содержащие хлориды гафния и щелочных металлов, перспективны в этом отношении, поскольку имеют меньшие температуры плавления и менее химически агрессивны. Высокая растворимость хлоридов в воде облегчает отделение полученного электролизом гафния от электролита. Кроме того, логичным представляется питание электролизной ванны полученным по технологической схеме разделения циркония и гафния хлоридом гафния. Целью настоящей работы является разработка методики электролитического получения и рафинирования гафния в хлоридных электролитах. Достижение поставленной цели предполагало решение ряда методических и исследовательских задач. Прежде всего, следовало разработать способ синтеза хлорида гафния и солевых композиции, содержащих хлорид гафния. Решению этих вопросов посвящена первая глава диссертационной работы. Организация электролитических процессов должна быть основана на подробном знании электрохимического поведения гафния в солевых расплавах. Имеющиеся в литературе сведения об электродных процессах были существенно расширены и систематизированы во второй главе работы. Третья и четвертая главы посвящены ртработке способов электролитического рафинирования и получения гафния, анализу влияния условий процесса на качество полученного продукта. В эту часть работы включены результаты испытания коррозионной стойкости различных конструкционных материапов. Выбор солевых электролитов, пригодных для электролитического получения гафния, весьма ограничен. С наибольшим основанием могут рассматриваться смеси хлоридов и фторидов гафния и щелочных металлов в различных сочетаниях [5. Выбор конкретной солевой композиции, как правило, основывается на анализе данных о плавкости, электропроводности, плотности, вязкости и давлении пара соответствующей солевой системы. Использование бинарных смесей фторидов щелочных металлов и гафния ограничено образованием в таких системах гептафторгафиата щелочного металла со сравнительно высокими температурами конгруэнтного плавления. Например, для соединения K3HJF7 температура плавления составляет 3 °С [1]. Использование более сложных по составу фторидиых электролитов дает возможность вести электролиз при температуре выше 0 °С []. Более легкоплавкие композиции существуют в тройных взаимных системах, включающих хлориды и соответствующие гептафторгафнаты щелочных металлов. Так, в системе Na, К// С/, HfF7 тройная эвтектика, содержащая мол. Na3HfF7, мол. KCl и мол. NaCly плавится при 6 °С и имеет достаточно пологие склоны полей кристаллизации компонентов. Единственная дистектика, отмеченная на диаграммах плавкое in систем хлоридов щелочных металлов и гафния, относится к плавлению гексахлоргафнатов. Температуры плавления Na>HfFc и K:HfF0 составляют 0 и 2 °С, соответственно. Эвтектики хлоридов натрия и калия с гексофторгафнатами этих металлов плавятся при 0 и 4 “С []. Электропроводность приведенных солевых композиций в расплавленном состоянии повышается при переходе от фторидиых систем к хлоридным. В том же направлении снижаются вязкость и плотность расплавов [ - ]. Однако, как* показано п работе [] (рис. Рис. Весьма важным аргументом при выборе электролита является химическая активность расплава по отношению к керамическим и металлическим конструкционным элементам.