СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРИДОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ, ИТТРИЯ И СКАНДИЯ Российский патент 1997 года по МПК C01B6/00 C01F17/00 

Изобретение относится к металлургии редких металлов и может быть использовано в производстве гибридных порошков редкоземельных металлов, иттрия и скандия.

Известен способ получения гидридов скандия, иттрия, титана, циркония и ванадия под давлением [1] в присутствии добавок интерметаллических соединений, выбранных из группы Z_rV₂, LaNi₅, ScFe₂, VFe₂ и взятых в количестве 1-20 мас.

Наиболее близким способом-прототипом является способ гидрирования галогензамещенных соединение элементов III-V групп [2] в расплаве солей, состоящих из 50-67 мол. AlCl₃ (безводного) и 50-33 мол. хлорида натрия с добавлением мелкодисперсного алюминия. В хорошо перемешанную или другим образом диспергированную суспензию вводят водород с целью гидрирования мелкодисперсного алюминия. Полученную таким образом реакционную смесь подвергают взаимодействию с галогензамещенными соединениями, и изолируют гидрированное соединение.

Недостатком известного способа является низкая эффективность из за разбавления исходного продукта расплавами солей, которые после процесса необходимо утилизировать, и использование пожароопасного и взрывоопасного водорода.

Задачей изобретения являются упрощение процесса, заключающееся в замене взрывоопасного водорода на более безопасный продукт, повышение эффективности процесса исключением разбавителя-расплава солей, повышение качества конечного продукта.

Поставленная задача решается тем, что способ включает термическую обработку хлоридов металлов в присутствии восстановителя, причем термическую обработку ведут в присутствии гидрида лития при температуре 700±10^oC, затем реакционную массу подвергают гидрометаллургической обработке в кислой среде, отфильтровывают полученный продукт и высушивают при температуре 60-700^oC. Поставленная задача решается также тем, что гидрометаллургическую обработку проводят растворами хлористоводородной, азотной и лимонной кислот при концентрации 0,1-0,5 моль/л попеременно при соотношении компонентов реакционная масса раствор кислоты 1:2.

Отличительными от прототипа признаками являются:
1. Использование гидрида лития в качестве восстановителя.

2. Температура процесса 700±10^oC.

3. Гидрометаллургическая обработка при комнатной температуре в кислой среде (растворами хлористоводородной, азотной и лимонной кислот) при концентрации 0,1-0,5 моль/л попеременно при соотношении компонентов реакционная масса: раствор кислоты 1:2.

Эти признаки являются существенными, так как использование гидрида лития вместо водорода упрощает процесс и делает его безопасным в эксплуатации. Процесс проходит в твердой фазе между исходным хлоридом металла и гидридом лития без использования разбавителя-расплава солей, что существенно повышает эффективность предлагаемого способа. Использование при гидрометаллургической обработке растворов хлористоводородной, азотной и лимонной кислот повышает качество конечного продукта, так как попеременное действие кислот оказывает селективное действие на определенные примеси в полученном гидриде, в т.ч. кислородные соединения, кальций и железо. Выбор температуры процесса обусловлен температурой плавления гибрида лития (690^oC). Выбор кислот был сделан эмпирическим путем по результатам анализа продукта.

Признаки являются новыми, в литературе аналогичных решений не обнаружено. Промышленная применимость способа подтверждается следующим примером.

Получение гидрида скандия проводят в два этапа синтез гидрида скандия и отмывка гидрида скандия от хлорида лития и избытка гидрида лития.

200 г хлорида скандия ( содержание скандия 29,7%) и 36,5 г гидрида лития (- 30% избыток по сравнению со стехиометрией) помещают в стакан реакционный из нержавеющей стали, причем 1/4 навески гидрида лития насыпают на дно, затем загружают хлорид скандия и сверху оставшийся гидрид лития. Заполнение стакана хлоридом скандия проводится в сухой камере.

Реакционный стакан с хлоридом скандия и гидридом лития помещают на дно реактора, который установлен в печи, закрывают реактор, и проводят заполнение системы инертным газом. Для этого проводят откачку воздуха из системы с последующим заполнением ее инертным газом. Эту процедуру повторяют 3 раза. После заполнения системы инертным газом, который очищается от кислорода в колонке с активированной медью, нанесенной на силикагель, включают печь, подают воду в водяную рубашку и медленно повышают температуру до 700^oC, выдерживают реактор при температуре 700±10^oC в течение 1,5 часов, после чего печь отключают, производят охлаждение реактора до комнатной температуры, отключают подачу воды в рубашку для охлаждения. В течение всего опыта (нагрев, выдержка при заданной температуре, охлаждение) реактор продувается слабым током инертного газа.

Полученный спек частями вносят в стакан, содержащий 1 л воды (бидистиллята) и помещенный в сосуд со льдом, при перемешивании пульпы механической мешалкой. После прекращения разложения избытка гидрида лития пульпе дают отстояться, затем верхний слой отстоявшейся суспензии отфильтровывают, осадок с фильтра (малое количество) переносят к остатку в стакане, добавляют в стакан 0,25 л воды (бидистиллата) и порциями при перемешивании добавляют соляную кислоту (1: 1) до кислой реакции (pH 1-2 по индикаторной бумажке). Далее кислую пульпу фильтруют, осадок на фильтре моют разбавленным раствором соляной кислоты (концентрация 0,05 моль/л) с быстрым отсасыванием раствора водоструйным насосом, затем водой и этиловым спиртом. Промывку водой проводят до нейтральной реакции промывных вод и отсутствия в последних хлорид-ионов (отрицательная реакция с азотнокислым серебром). Далее осадок на фильтре промывают разбавленным раствором азотной кислоты (концентрация 0,1 моль/л) с быстрым отсасыванием раствора водоструйным насосом и разбавленным раствором лимонной кислоты (концентрация 0,5 моль/л). Полученный черный осадок сушат в сушильном шкафу при температуре 70^oC в течение 2 часов. Выход гидрида скандия 94%

Использование: в производстве гидридных порошков редкоземельных металлов, иттрия и скандия. Задачей изобретения являются упрощение процесса, заключающееся в замене взрывоопасного водорода на более безопасный продукт, повышение эффективности процесса за счет исключения разбавителя - сплава солей, повышение качества готового продукта. Способ заключается в термической обработке хлоридов металлов в присутствии восстановителя, а именно гидрида лития, затем следует гидрометаллургическая обработка в кислой среде, а именно растворами хлористоводородной, азотной и лимонной кислот попеременно при концентрации 0,1-0,5 моль/л. Готовый продукт отфильтровывают и высушивают при температуре 60-70^oC. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения гидридов редкоземельных металлов, иттрия и скандия, включающий термическую обработку хлоридов металлов в присутствии восстановителя, отличающийся тем, что термическую обработку ведут в присутствии гидрида лития при 700 ± 10^oС, затем реакционную массу подвергают гидрометаллургической обработке в кислой среде, отфильтровывают полученный продукт и высушивают при 60 70^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидрометаллургическую обработку проводят растворами хлористоводородной или азотной, или лимонной кислот при концентрации 0,1 0,5 моль/л попеременно при соотношении компонентов реакционная масса раствор кислоты 1 2.