HomeСталь, сплавы › Получение порошковых металлов

Получение порошковых металлов

Получение порошковых металловИсходным сырьем для получения вольфрама служат изоморфные вольфрамиты железа и марганца W04 и шеелит — CaW04. Добываемые руды предварительно обогащают (освобождают от пустой породы) путем магнитной или электростатической сепарации, а также методом флотации. Полученные вольфрамовые концентраты подвергают химическому разложению до трехокиси вольфрама.

 

Более сложные схемы переработки вольфрамата натрия и дополнительную переработку вольфрамовой кислоты проводят с целью более полного удаления некоторых примесей и получения более чистой окиси вольфрама. Вольфрам из трехокиси восстанавливается углеродом или водородом. При восстановлении углеродом наряду с основной реакцией W03 + ЗСО W + ЗС02 (2) происходит побочная реакция W03 + 4C->WC + ЗСО.

 

Это приводит к тому, что в вольфраме остается некоторое количество углерода. Полученный таким способом порошок применяют в основном при изготовлении твердых сплавов на основе карбидов вольфрама. При восстановлении водородом W03 + ЗН2 = W + ЗН20 (3) получаются наиболее чистые вольфрамовые порошки, которые идут для нужд электроники и других отраслей новой техники.

 

Процесс восстановления трехокиси вольфрама водородом состоит в следующем. В специальную трубчатую печь, имеющую сквозные трубки, через которые пропускается водород, помещают лодочки с засыпанной в них трехокисью вольфрама. Лодочки движутся в трубках и проходят несколько температурных зон -от 450 до 1100° С. Иногда восстановление осуществляется в два прохода.

 

Основным минералом для получения молибдена является молибденит MoS2 и вульфанит PbMoOj. Молибден также извлекается попутно из других руд, в частности из медных. Руду обогащают путем дробления, тонкого измельчения и флотации.

 

Молибденовый концентрат перерабатывают подобно вольфрамовому, или же подвергают Сублимации (возгонке), используя высокую летучесть окиси молибдена при соответствующих температурах.

 

Концентрат обжигают до трехокиси молибдена при большом избытке воздуха и температуре около 600° С. Порошок молибдена получают из его трехокиси подобно .производству вольфрамового порошка, но обычно в две стадии: МоОз + Н2 Мо02 + Н20; (4) Мо02 + 2Н2 Мо + 2Н20. (5)

 

Восстановление в первой стадии проводится при температурах 600-700° С, а во второй — при 950- 1000° С. Условия процесса восстановления, т. е. температура, время и скорость подачи водорода, оказывают значительное влияние на размер частиц порошка, которые в большинстве случаев, как и для вольфрама, составляют от 0,1 до 6 мкм.

 

В качестве исходного сырья для получения ниобия и тантала используют минералы (Fe, Mn) (Nb, Та)гОб, которые в зависимости от содержания ниобия или тантала называются соответственно колумбитами или танталитами.

 

Руды обогащают комбинированным способом, прежде всего разделением пустой породы и минералов, по удельному весу, а затем применением магнитной сепарации или флотации. Концентрат, содержащий до 65- 70% ND2O5 и Та2С>5, подвергают дальнейшей химической обработке.

 

Наибольшее распространение получил способ сплавления концентратов со щелочами (в основном с едким натрием), что обеспечивает получение более чистого продукта. Сущность данного метода заключается в том, что в помещенный в печь железный тигель загружают едкий натр и расплавляют при 400° С, а затем в расплав добавляют концентрат из расчета одну его часть на три части едкого натра и выдерживают 20-30 мин. В результате получают смесь солей NasTaOs и NasNbOs.

 

Смесь гидролизуют и в осадке остаются соли ниобия и тантала вместе с окислами железа и марганца. В раствор переходит большая часть примесей кремния, вольфрама и олова.

Для удаления гидроокисей железа и марганца осадок обрабатывают 20%-ной соляной кислотой и получают смеси гидратированных пятиокисей тантала и ниобия.

 

Окислы железа и марганца, растворяясь в кислоте, образуют хлориды FeCl2, FeCl3 и МпСЬ. Осадок снова обрабатывают подогретой соляной кислотой в железных резервуарах, выложенных резиной, затем промывают немного подкисленной горячей водой, фильтруют и сушат.

 

Полученную смесь окислов ниобия и тантала методом гидролиза очищают от титана. Наиболее перспективным методом отделения титана от ниобия и тантала является метод хлорирования, основанный на разности температур кипения хлоридов этих металлов.

 

Сущность процесса состоит в том, что смесь окислов ниобия и тантала растворяют в плавиковой кислоте, в раствор добавляют хлористый или фтористый калий и в результате получается соль KNbOFs, которая в большей стег пени растворяется в слабых растворах HF, чем другая образующаяся соль КУГагИг. Оставшуюся в маточном растворе соль KNbOFs извлекают из раствора.

 

В настоящее время большое внимание уделяется новому методу разделения ниобия и тантала, основанному на экстракции растворителя. Из полученных отдельных соединений ниобия и тантала в дальнейшем получают металлический порошок, так, металлический ниобий получают методами на-трийтермического восстановления, карботермического восстановления, электролиза, а также диссоциации иодидных соединений.

 

Наиболее широкое промышленное применение получили методы натрийтермического и карботермического восстановления.

При натрийтермическом методе металлический порошок ниобия получают путем восстановления фторнио-бата калия металлическим натрием по реакции

K2NbF7 + 5Na ^ Nb + 2KF + 5NaF. (6)

 

Восстановление проводят в стальном тигле, в который послойно загружают фторниобат калия и натрия, затем тигель помещают в печь с температурой 600° С, нагревают до 900-1100° С и выдерживают в течение 15 мин. Остывшую массу дробят и подвергают магнитной сепарации (отделяют примеси железа).

 

Одним из наиболее перспективных и экономичных методов получения ниобия является карботермический метод, получивший широкое распространение как в СССР, так и за рубежом.

Существуют два способа получения ниобия путем восстановления его из окислов углеродом: прямое восстановление

Nb2Os + 5С =Ffc 2Nb + 5СО (7)

и восстановление из пятиокиси ниобия карбидом ниобия

Nb205 + 5NbC 7Nb + 5СО. (8)

 

Процесс восстановления из смеси пятиокиси ниобия карбидом ниобия более экономичен, чем прямое восстановление пятиокиси углеродом. В случае восстановления пятиокиси карбидом ниобия существенно повышается производительность, так как смесь Nb20s + 5NbC содержит 82,4% ниобия, что в 1,5 раза больше, чем его содержание в смеси Nb205 + 5C. Кроме того, при прямом восстановлении получается металл с большой пористостью, что затрудняет его дальнейшую переработку.

 

По этим причинам в промышленности применяют главным образом способ восстановления ниобия из смеси пятиокиси ниобия карбидом ниобия. Этот способ включает следующие технологические операции: получение карбида ниобия; смешение карбида и пятиокиси ниобия; уплотнение или прессование смеси карбида и пятиокиси ниобия; восстановление ниобия; дальнейшая переработка восстановленного карботермического ниобия.

 

Для получения металлического порошка тантала в основном применяют следующие методы: электролиз расплавленной смеси КгТаРг/ТагОб; восстановление тантала из фтортанталата калия натрием; восстановление TaCh магнием; восстановление Та05 кальцием или алюминием; восстановление Ta2Os углеродом или карбидом тантала.

 

Из названных методов получения тантала промышленное значение имеют электролиз, восстановление тантала из фтортантала калия натрием и из пятиокиси тантала углеродом.

Электролиз проводят в чугунных тиглях при температуре 900° С, анодом служит графитовый стержень. По мере прохождения процесса в тигель добавляют фтортанталат и пятиокись тантала. После заполнения тигля электролиз прекращается.

 

Получаемый тантал измельчают, промывают для удаления растворимых солей, вторично промывают сильными кислотами для удаления вредных примесей и затем порошок сушат и просеивают. Реакция восстановления фтортанталата калия натрием протекает бурно, с выделением большого количества тепла, поэтому ее производят в специальном сосуде, помещенном в защитной камере.

 

Затем сосуд охлаждают и его содержимое обрабатывают водой и метиловым спиртом, в результате получается тонкий и довольно чистый танталовый порошок, более дисперсный, чем при электролитическом восстановлении. Процесс восстановления пятиокиси тантала углеродом аналогичен процессу получения ниобия. Характеристика и содержание примесей в порошках вольфрама, молибдена, ниобия и тантала, выпускаемых промышленностью, приведена в приложении. Из полученных порошков изготовляют штабики.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.